DiNOQuant

Der Einsatz von Quantentechnologien verspricht in vielen Anwendungen des Informationszeitalters große Fortschritte, da mit den Wirkprinzipien der Quantenmechanik völlig neue Funktionen bereitstehen. Beispiele dafür sind verfahrensbedingt abhörsichere Kommunikationskanäle für die Datenübertragung sowie eine vollständig neue Klasse von Computern durch das Rechnen mit sogenannten Quantenbits. Dies bedeutet eine Überwindung der Grenzen der klassischen Datenverarbeitung und, damit verbunden, eine extreme Beschleunigung von Berechnungen, z. B. für die schnelle Suche in riesigen Datenmengen oder die bestmögliche Steuerung von Verkehrssystemen.

Eine wichtige Basistechnologie hierfür ist die Photonik, d. h. die Nutzung von Licht. Mit sehr kleinen Strukturen im Nanometer-Maßstab lassen sich optische Funktionen in verschiedenen Materialsystemen herstellen. Kombiniert man diese Strukturen mit Quantensytemen, z. B. mit den sogenannten Stickstoff-Fehlstellen in künstlichem Diamant, so kann man leistungsfähige Bauelemente für Quantentechnologien, wie z. B. Lichtquellen und Speicher, herstellen.

Das Ziel des Projektes ist die Erforschung solcher Bauelemente, die anwendungs-übergreifend in den Quantentechnologien Verwendung finden können. Dies betrifft insbesondere die Quantenkommunikation und die Quanteninformationsverarbeitung. Die erfolgreiche Durchführung des Forschungsvorhabens wird zu einer führenden Rolle des Standorts Deutschland im Bereich photonischer Quantentechnologien beitragen.

Aktuell ist die Nanostrukturierung von künstlichem Diamant weltweit in der Qualität und Prozessstabilität noch nicht vergleichbar mit anderen Halbleitertechnologien. Für den technologischen Durchbruch von strukturierten Bauteilen in einer Diamanttechnologie gilt es daher, ein umfassendes Know-how in der Diamantfertigung mit Expertise in der Herstellung von Festkörper-Nanosystemen sowie in der Quantenoptik zusammenzuführen.

An dieser Stelle setzt das „DiNOQuant“-Projekt an und schafft mit den durchzuführenden Arbeiten diese Verbindung. Speziell werden durch sogenannte Waferbonding Verfahren Diamant und photonische Schaltkreise miteinander verbunden. Eine solche Plattform kann als Baukasten dann generell für die photonische Integration der Defektzentren in Diamant, d. h. der Quantensysteme, verwendet werden. Konkrete Beispiele, die im Rahmen dieses Vorhabens gezeigt werden sollen, sind sehr helle Quantenlichtquellen, die sich für kommerzielle Anwendungen in ein kompaktes Gehäuse integrieren lassen. Weiterhin werden höchst effiziente Schnittstellen zwischen den optischen Systemen und den Quantenbauteilen demonstriert