Unsere Gruppe ist auf die Verarbeitung von Quanteninformationen unter Verwendung verschiedener photonischer Freiheitsgrade (degrees of freedom - DOF) spezialisiert. Wir erforschen hochdimensionale Kodierung, indem wir mehrere Modi in Zeit, Frequenz, Raum und Photonenzahl nutzen. Wir schlagen eine Brücke zu praktischen Anwendungen, indem wir Herausforderungen wie die effiziente Erzeugung und Messung von Photonen angehen und theoretische Fragen im Zusammenhang mit der Zertifizierung von hochdimensionaler Verschränkung angehen. Durch die Verbesserung von Techniken zur photonischen Kontrolle, insbesondere in hochdimensionalen Systemen, wollen wir Anwendungen in der Quantenkommunikation voranbringen und die Leistung photonischer Quantenalgorithmen verbessern.
Multimodale Quantenphotonik
Entwicklung photonischer Systeme für eine verbesserte Quanteninformationsverarbeitung
Ihr Partner für Forschung und Entwicklung
Unsere gemeinsame Forschung umfasst die Charakterisierung nichtlinearer Materialien und die Kalibrierung von Detektorsystemen sowie das Benchmarking von Quantenquellen - Freiraum, Ganzfaser und auf dem Chip - über verschiedene photonische Freiheitsgrade hinweg. Unser Netzwerk umfasst Ingenieur- und Theoriegruppen, die eng mit der Friedrich-Schiller-Universität Jena (FSU) zusammenarbeiten. Diese Verbindung unterstützt die Entwicklung von theoretischen Modellen und innovativen Quantenprotokollen, die nicht-ideale experimentelle Parameter berücksichtigen. Darüber hinaus wird unsere Expertise in der Quantenzustandsentwicklung durch die Zusammenarbeit zwischen den Gruppen unseres Instituts gestärkt: Die Abteilung OMS bietet kompakte, semi-integrierte Designs mit hochwertigen Freiraumoptiken, während die Abteilung MN voll integrierte photonische Ressourcen unter Verwendung modernster Materialien realisiert.
Leistungsschwerpunkte und Kompetenzen
Unsere Forschung konzentriert sich auf das Verständnis quantenoptischer Phänomene und die Optimierung der Erzeugung von Quantenzuständen in einem breiten Spektrum von Anwendungen. Unsere Expertise reicht von der Grundlagenforschung bis hin zur Entwicklung fortschrittlicher Quantentechnologien:
Märkte und Anwendungen
Photonische Quantensysteme sind ein entscheidender Fortschritt im weltweiten Streben nach künftigen Quantenanwendungen. Unsere Forschung widmet sich der Entwicklung wesentlicher Bausteine für die rein photonische Quanteninformationsverarbeitung. Wenn Sie mit uns zusammenarbeiten, können Sie sich an Pionierarbeiten beteiligen, die das enorme Marktpotenzial der Quantentechnologien erforschen, und sich an der Spitze dieses transformativen Bereichs positionieren.
Die Quanteninformatik wird die Problemlösung in Bereichen verändern, in denen klassische Computer an ihre Grenzen stoßen, und eine völlig neue Welt der Möglichkeiten eröffnen.
Anwendungen:
- Molekulare Simulation für die Entdeckung von Medikamenten und die Innovation von Batterien
- Optimierung komplexer Systeme wie z. B.:
- Verkehr und Infrastruktur
- Portfolio-Optimierung
- Risikoanalyse
- Nutzung von Photonen als Träger von Quanteninformationen
- Herstellung von photonischen Schaltkreisen
Im Rahmen des vom BMFTR geförderten Projekts PhoQuant konzentrieren sich die gemeinsamen Bemühungen zahlreicher Institute und Unternehmen auf die Entwicklung und Umsetzung einer skalierbaren photonischen Quantencomputerplattform, wobei der Schwerpunkt auf dem Bosonen-Sampling liegt, das in naher Zukunft die Vorteile von Quantencomputern demonstrieren soll. Durch die Nutzung der Interferenz mehrerer ununterscheidbarer Photonen kann das Bosonen-Sampling Probleme lösen, die klassischerweise nicht zu lösen sind. Dieser vielversprechende Ansatz ebnet den Weg für eine noch vielseitigere Quanteninformatik.
Unser Ziel ist es, eine photonische Quantenarchitektur zu schaffen, die bis zu 100 Qubits unterstützt. Wenn dies erreicht ist, wird diese Entwicklung den Grundstein für die Lösung realer Probleme legen, wie oben erwähnt. Die Architektur wird mit Blick auf die hauseigene monolithische Integrationstechnologie und die industrielle Skalierbarkeit entworfen und stützt sich auf bewährte Halbleiterfertigungstechniken. Neben der Hardware werden auch anwendungsspezifische Algorithmen und Protokolle für das universelle Quantencomputing mitentwickelt und über cloudbasierte Schnittstellen zugänglich gemacht.
Die photonische Plattform zielt auf den Quantenvorteil bei spezifischen Aufgaben wie dem Bosonen-Sampling ab und schafft gleichzeitig die Voraussetzungen für künftige Fortschritte bei programmierbaren Quantenprozessoren. Durch die Zusammenführung von Forschung, Start-ups und industriellem Know-how steht diese Zusammenarbeit an der Spitze der Entwicklung von Quantenhardware. Angesichts der beträchtlichen wirtschaftlichen Auswirkungen, die für den Sektor der Quanteninformatik prognostiziert werden, wird PhoQuant dazu beitragen, die technologische Führung voranzutreiben und langfristige strategische Fähigkeiten im globalen Quantenwettbewerb zu sichern.
Ihre Vorteile der Zusammenarbeit mit uns
Eine Partnerschaft mit uns zur Entwicklung innovativer Prozesse in der Quanteninformationsverarbeitung bietet Ihnen zahlreiche Vorteile. Mit langjähriger Expertise in Optik und Feinmechanik stehen wir an der Spitze der photonischen Quantentechnologie und nutzen unsere exzellenten Forschungsergebnisse, um die Herausforderungen der photonischen Quantencodierung zu meistern.
Als Kooperationspartner profitieren Sie von hochmodernen Einrichtungen, einem engagierten Forscherteam und einem starken Netzwerk industrieller Partner. Unsere Zusammenarbeit mit Theoretikern der FSU und weiterer Institutionen ermöglicht die interdisziplinäre Verknüpfung von Mathematik, Physik und Ingenieurwissenschaften und erschließt neue Potenziale in der photonischen Quantenkommunikation und -informatik.
Gemeinsam steigern wir Effizienz, Integration und Zuverlässigkeit und leisten so einen entscheidenden Beitrag zur Weiterentwicklung der Quantentechnologie.
Technische Ausrüstung für die Quanteninformationsverarbeitung
Ob zur Charakterisierung, zum Benchmarking oder zum Testen verschiedener Technologien, wir bieten hochmoderne Einrichtungen und eine breite Palette von Quantensystemen, darunter:
- Photonenpaarquellen in Freiraum- und On-Chip-Konfigurationen
- Single-pass Squeezer und nichtlineare Interferometer
- PNR-Erkennungssysteme
- Räumliche, spektrale und zeitliche Manipulation einzelner Photonen
- Eigene Herstellung von LNOI-basierten photonischen Chips
Unsere Forschungsstärke
Publikationen
- "GHz-pulsed source of entangled photons for reconfigurable quantum networks"
Cabrejo-Ponce M. et al., 2022 - "Resolving Photon Numbers Using Ultra-High-Resolution Timing of a Single Low-Jitter Superconducting Nanowire Detector"
Sauer G. et al., 2023 - "High-Dimensional Entanglement for Quantum Communication in the Frequency Domain"
Cabrejo-Ponce M. et al., 2023 - "Spectral properties of transverse Laguerre-Gauss modes in parametric down-conversion"
Sevilla-Gutiérrez C. et al., 2024
