InterPOL

Bei Quantensimulationen werden Probleme gelöst, indem sie auf ein entsprechendes Quantensystem abgebildet werden. Die Vorgänge im analogen Quantensystem werden im Simulator verfolgt und anschließend auf die Lösung des ursprünglichen Problems zurückgeführt. Durch die intrinsischen Parallelen des Quantensystems können dadurch spezifische Probleme effizient gelöst werden, die selbst mit leistungsfähigen Supercomputern nicht gelöst werden können.

Das Ziel des Verbundvorhabens InterPOL ist die Entwicklung einer skalierbaren festkörperbasierten und kompakten Plattform für die Quantensimulation. Solche On-Chip-Plattformen gibt es zurzeit noch nicht. Um die Ziele umsetzen zu können, werden im Vorhaben Gitter von Polaritonen in Halbleiter-Mikrokavitäten erforscht. Polaritonen sind Zustände, die aus der Kopplung zwischen Photonen und elektronischen Zuständen (Exzitonen) in einer Halbleiter-Mikrokavität hervorgehen. Aufgrund des optischen Zugangs sowie der außergewöhnlich hohen optischen Nichtlinearitäten sind Polaritonen geeignete Teilchen zur Erzeugung von stark korrelierten Quantenzuständen. Dadurch können Polaritonen auf den einzelnen Gitterplätzen gezielt erzeugt und nachgewiesen werden sowie die Wechselwirkung zwischen benachbarten Gitterplätzen kontrolliert werden.

Das Teilvorhaben am Paul-Drude-Institut (PDI) befasst sich mit der Herstellung und Erforschung von Polaritonengittern in Halbleiter-Mikrokavitäten, die für Quantensimulationen geeignet sind. Es sollen zwei unterschiedliche Herangehensweisen untersucht werden. Zum einen werden statische Gitter untersucht, die mittels eines mehrstufigen Molekular-Strahl-Epitaxie-Prozesses hergestellt werden und über μm große Strukturen verfügen. Die hergestellten Gitter werden zum Einsperren einzelner Polaritonen genutzt. Zum anderen werden durchstimmbare Gitter untersucht, die durch die Modulation von akustischen Oberflächenwellen („surface acoustic waves“, SAWs) erzeugt werden. Diese Strukturen bilden die Grundlage für die Realisierung des Quantensimulators in Kollaboration mit den Verbundpartnern und sind deswegen von großer Bedeutung für das Verbundprojekt.