Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Drei Komponenten auf einem Chip

06.12.2018

Wissenschaftlern der Universität Stuttgart und des Karlsruher Institutes für Technologie (KIT gelingt wichtige Weiterentwicklung auf dem Weg zum Quantencomputer

Quantencomputer sollen bestimmte Rechenprobleme einmal sehr viel schneller lösen können als ein klassischer Computer. Einer der vielversprechendsten Ansätze basiert dabei auf der Verwendung einzelner Photonen zur Übertragung und Verarbeitung von Quanteninformation.


Photonischer Schaltkreis, in dem Einzelphotonen geführt und auf zwei Wellenleiter-Arme aufgeteilt werden.

Universität Stuttgart/ Mario Schwartz

Wissenschaftlern der Universität Stuttgart und des Karlsruher Institutes für Technologie (KIT) ist es erstmals gelungen, drei notwendige Hauptkomponenten (Einzelphotonenquellen, Strahlteiler und Einzelphotonendetektoren) auf einem einzigen Chip zu integrieren und diesen auf dem Level einzelner Photonen zu betreiben.

Dieses Experiment demonstriert die Funktionstüchtigkeit der grundlegenden Komponenten und legt den Grundstein für komplizierte Systeme. Die Ergebnisse wurden in den „Nano Letters“ veröffentlicht.

Im Gegensatz zur weit verbreiteten Siliziumtechnologie wurde das Experiment auf Galliumarsenid-Basis (GaAs) durchgeführt. Dies ermöglicht die direkte Einbindung von nanometergroßen Strukturen, sogenannten Quantenpunkten (englisch: quantum dots, QDs), welche als effiziente On-Demand-Quellen von Einzelphotonen dienen.

Zusätzlich erlaubt die GaAs-Plattform, die Einzelphotonen zu optischen Logik-Schaltkreisen und speziellen Detektoren aus supraleitenden Nanodrähten zu leiten, welche auf demselben Chip platziert werden können.

Im vorgestellten Experiment wurden von einem optisch gepumpten Quantenpunkt emittierte Einzelphotonen in einem photonischen Wellenleiter geführt und von einem Strahlteiler in zwei mit jeweils einem Detektor ausgerüstete Wellenleiterarme aufgeteilt.

„Eine der bisherigen Herausforderungen in einem solchen komplett auf einem Chip durchgeführten Experiment war die Nähe des Anregungslasers zu den Detektoren auf dem Chip“, erklärt Mario Schwartz.

Der Doktorand am Institut für Halbleiteroptik und Funktionelle Grenzflächen (IHFG) der Universität Stuttgart hat über die letzten Jahre an einem Grundsatz-Experiment gearbeitet, um zu zeigen, dass alle Hauptkomponenten auf einem einzigen photonischen Chip kombiniert werden können.

Das Projekt wurde in enger Zusammenarbeit mit Ekkehart Schmidt durchgeführt, einem Doktoranden des KIT, der ein Experte für das Design und die Implementierung der On-Chip Detektoren ist. „Die Detektoren können nicht unterscheiden, welche Photonen vom Laser und welche vom Quantenpunkt kommen, was zu unerwünschten Detektionen führt“, hebt Schmidt hervor.

Den Wissenschaftlern ist es gelungen, den Einfluss der Laserphotonen deutlich zu verringern, indem sie reflektierende Metallschichten auf dem Chip platzierten. Diese Idee ermöglichte es, die quantenmechanische Natur der QD-Emission zu zeigen, wobei nur die On-Chip Komponenten verwendet wurden.

„Das erfolgreiche Experiment ist ein wichtiger Schritt in die richtige Richtung und zeigt das Potential von komplett integrierten photonischen Schaltkreisen mit allen Hauptkomponenten auf einem einzigen Chip. Wir sehen klare Möglichkeiten, die Komplexität des Chips in naher Zukunft zu erhöhen“, sagt Prof. Dr. Peter Michler, der Leiter des IHFG der Universität Stuttgart.

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Prof. Dr. Peter Michler, Mario Schwartz, Florian Hornung, Universität Stuttgart, Institut für Halbleiteroptik und Funktionelle Grenzflächen, Tel.:+49 (0)711/685-64660, p.michler@ihfg.uni-stuttgart.de

Originalpublikation:

Mario Schwartz, Ekkehart Schmidt, Ulrich Rengstl, Florian Hornung, Stefan Hepp, Simone L. Portalupi, Konstantin llin, Michael Jetter, Michael Siegel, and Peter Michler: Fully On-Chip Single-Photon Hanbury-Brown and Twiss Experiment on a Monolithic Semiconductor–Superconductor Platform, Nano Letters, 2018, 18 (11), pp 6892–6897

Weitere Informationen:

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.8b02794

Andrea Mayer-Grenu | idw - Informationsdienst Wissenschaft
Weitere Informationen:
http://www.uni-stuttgart.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Informationstechnologie:

nachricht Roboter lernen sehen: Bayreuther Forscher machen Serviceroboter intelligenter
15.02.2019 | Universität Bayreuth

nachricht Künftig ohne Zaun Hand in Hand mit dem Roboter: Forschungen zum Miteinander von Mensch und Maschine
14.02.2019 | BIBA - Bremer Institut für Produktion und Logistik

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Informationstechnologie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Laserverfahren für funktionsintegrierte Composites

Composites vereinen gewinnbringend die Vorteile artungleicher Materialien – und schöpfen damit zum Beispiel Potentiale im Leichtbau aus. Auf der JEC World 2019 im März in Paris präsentieren die Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT ein breites Spektrum an laserbasierten Technologien für die effiziente Herstellung und Bearbeitung von Verbundmaterialien. Einblicke zu Füge- und Trennverfahren sowie zur Oberflächenstrukturierung erhalten Besucher auf dem Gemeinschaftsstand des Aachener Zentrums für integrativen Leichtbau AZL, Halle 5A/D17.

Experten des Fraunhofer ILT erforschen und entwickeln Laserprozesse für das wirtschaftliche Fügen, Schneiden, Abtragen oder Bohren von Verbundmaterialien –...

Im Focus: Grüne Spintronik: Mit Spannung Superferromagnetismus erzeugen

Ein HZB-Team hat zusammen mit internationalen Partnern an der Lichtquelle BESSY II ein neues Phänomen in Eisen-Nanokörnern auf einem ferroelektrischen Substrat beobachtet: Die magnetischen Momente der Eisenkörner richten sich superferromagnetisch aus, sobald eine elektrische Spannung anliegt. Der Effekt funktioniert bei Raumtemperatur und könnte zu neuen Materialien für IT-Bauelemente und Datenspeicher führen, die weniger Energie verbrauchen.

In heutigen Datenspeichern müssen magnetische Domänen mit Hilfe eines externen Magnetfeld umgeschaltet werden, welches durch elektrischen Strom erzeugt wird....

Im Focus: Regensburger Physiker beobachten, wie es sich Elektronen gemütlich machen

Und können dadurch mit ihrer neu entwickelten Mikroskopiemethode Orbitale einzelner Moleküle in verschiedenen Ladungszuständen abbilden. Die internationale Forschergruppe der Universität Regensburg berichtet über ihre Ergebnisse unter dem Titel “Mapping orbital changes upon electron transfer with tunnelling microscopy on insulators” in der weltweit angesehenen Fachzeitschrift ,,Nature‘‘.

Sie sind die Grundbausteine der uns umgebenden Materie - Atome und Moleküle. Die Eigenschaften der Materie sind oftmals jedoch nicht durch diese Bausteine...

Im Focus: Regensburg physicists watch electron transfer in a single molecule

For the first time, an international team of scientists based in Regensburg, Germany, has recorded the orbitals of single molecules in different charge states in a novel type of microscopy. The research findings are published under the title “Mapping orbital changes upon electron transfer with tunneling microscopy on insulators” in the prestigious journal “Nature”.

The building blocks of matter surrounding us are atoms and molecules. The properties of that matter, however, are often not set by these building blocks...

Im Focus: Universität Konstanz gewinnt neue Erkenntnisse über die Entwicklung des Immunsystems

Wissenschaftler der Universität Konstanz identifizieren Wettstreit zwischen menschlichem Immunsystem und bakteriellen Krankheitserregern

Zellbiologen der Universität Konstanz publizieren in der Fachzeitschrift „Current Biology“ neue Erkenntnisse über die rasante evolutionäre Anpassung des...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Internationale Konferenz zum Thema Desinformation in Online-Medien

15.02.2019 | Veranstaltungen

FfE-Energietage 2019 - Die Energiewelt heute und morgen vom 1. bis 4. April 2019 in München

15.02.2019 | Veranstaltungen

Deutscher Fachkongress für kommunales Energiemanagement: Fokus Energie – Architektur – BauKultur

13.02.2019 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Laserverfahren für funktionsintegrierte Composites

18.02.2019 | Verfahrenstechnologie

Supraleitung: Warum muss es so kalt sein?

18.02.2019 | Physik Astronomie

Antibiotikaresistenzen breiten sich schneller aus als bisher angenommen

18.02.2019 | Biowissenschaften Chemie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics