Quanten-Photonik

Mit laserbasierten Bearbeitungsverfahren lassen sich Strukturen und Bauteilgruppen erzeugen, die im Bereich der integrierten Quanten-Photonik eingesetzt werden, beispielsweise für Quantencomputer, -internet oder -messtechnik.

Die Laserstrahlung als Werkzeug bietet im Vergleich zu mechanischen oder lithografischen Verfahren den Vorteil einer flexiblen, schnellen und kontaktlosen Bearbeitung. Darüber hinaus können von verschiedenen Materialien wie Diamant, Siliziumcarbid, Galliumarsenid oder Lithiumniobat wahlweise die Oberflächen oder das Materialvolumen selektiv mit einer räumlichen Präzision von unter einem Mikrometer bearbeitet werden. 

Am Fraunhofer ILT werden Technologien entwickelt, die eine photonische Kopplung von Qubits ermöglichen. Dazu müssen mikroskopisch dimensionierte Verbindungsstrukturen zwischen den Qubits realisiert werden. Die Kommunikation kann über wellenleitende Strukturen erfolgen, die sich durch lokale Brechungsindexänderungen mithilfe von Ultrakurzpuls(UKP)-Laserstrahlung in Halbleiter integrieren lassen. Neben einer gezielten Kommunikation lässt sich so auch ein Sammeleffekt des emittierten Lichts von Qubits realisieren.

Einen Forschungsschwerpunkt bilden Oberflächenstrukturen sowie integrierte Strukturen auf der Basis von Lithiumniobat für quantenoptische Schaltungen, sogenannte Quantengatter für Quantencomputer. Elementare Bestandteile sind dabei Wellenleiter mit Strukturgrößen von wenigen Mikrometern. Durch die Verwendung der UKP-Laserstrahlung lassen sich entsprechende individualisierte Strukturen direkt und hochpräzise erzeugen. Für optimierte Photonen-Führungseigenschaften wird insbesondere die Oberflächenrauheit minimiert, sodass Streueffekte für die Führung von sichtbarem oder infrarotem Licht eine vernachlässigbare Rolle spielen und aufwändige Nachbearbeitungsschritte entfallen.

Neben der Mikro- und Nanostrukturierung mit Ultrakurzpulslasern kommt u. a. das selektive Laserätzen (Selective Laser-induced Etching SLE) zum Einsatz, um Komponenten wie Wellenleiter, Gitter, Koppler und Filter für neue Anwendungen auf quantentechnologischer Basis zu entwickeln.

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