P6: Integrierte Photonik für skalierbare Quantencomputer

Die meisten zukünftigen Quantencomputerarchitekturen erfordern hochintegrierte und präzise ausgerichtete photonische Strukturen, die für die nahtlose Integration mit dem Qubit-Betrieb optimiert sind. Verschränktes Licht kann in optischen Hohlräumen erzeugt werden, während interferometrische Kopplungsstrukturen die Manipulation und Umverteilung von Quantenzuständen ermöglichen. Der erforderliche Wellenlängenbereich reicht vom UV bis zum NIR, was erhebliche technologische Anforderungen an die Materialauswahl, das Komponentendesign, die Herstellung und die Fertigungstoleranzen der integrierten optischen Komponenten stellt. Ziel dieses Projekts ist die Erforschung der Herstellung und Charakterisierung skalierbarer photonischer Komponenten und Architekturen zur Signalerzeugung, -verteilung, -manipulation, -erkennung und -verarbeitung auf Wafern und Mikrochips.

P7: Systemintegration für verlustarme photonische Kopplungen

Interferometrische Quantengatter und gerichtete Laserstrahlen zur Kontrolle und Manipulation von Qubits erfordern angepasste Systemlösungen für verlustarme Optokoppler als Schnittstellen zur Quantencomputerhardware. Je nach Anforderung können diese Schnittstellen im freien Raum, über optische Fasern oder mit speziellen Chip-to-Chip-Verbindungen realisiert werden. In diesem Projekt werden Herstellungs- und Montagetechniken sowie Packaging-Konzepte untersucht. Darüber hinaus werden Fertigungstechnologien im Wafer-Maßstab und maskenlose Laserdirektschreibtechniken erforscht, um die Skalierbarkeit und Effektivität der Kopplungssysteme zu verbessern, wobei der Schwerpunkt auf verlustarmen Faser-Chip-Schnittstellen in optischen Dünnschichten und eingebetteten Substraten liegt.

Technologische Herausforderungen, die in P6 und P7 untersucht werden

• Entwicklung einer integrierten optischen Wellenleiterplattform und Erprobung der Plattform unter Verwendung von Schlüsselbausteinen für Quantenanwendungen.
• Entwurf, Simulation und Herstellung von verlustarmen Faser-Chip-Verbindungen auf Polymerbasis.
• Aufbau von opto-elektronischen Messaufbauten und Charakterisierung von Designvariationen in gefertigten Komponenten.
• Statische und dynamische Abstimmungs- und Trimmverfahren für die Anpassung der Komponentenfunktionen.
• Entwurf, Realisierung und Test von elektrischen und optischen Baugruppen für Quantenanwendungen.
• Entwurf und Realisierung von Spotgrößenkonvertern und Lichtfokussierungsstrukturen in dünnen Schichten oder in der Masse des Substrats.

Interessierte Studierende, die an einem Projekt mit Entwurf, Simulation, Technologie und Charakterisierung an der Spitze integrierter photonischer Systeme mitarbeiten möchten, wenden sich bitte an uns. Ob für ein Forschungsprojekt oder eine Masterarbeit, Sie werden gemeinsam mit uns die Zukunft der Quanten-Silizium-Photonik gestalten.