MOQUA

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 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 dafür ist die Photonik, d. h. die technische Nutzung von Licht. Bauteile auf Basis dieser Technologie haben sich in den letzten Jahren hin zur Grenze einzelner Lichtteilchen entwickelt und so erste Demonstrationen von Bauteilen mit Quantenfunktionalitäten ermöglicht. Um einen Übergang von Machbarkeitsstudien zu ernsthaften Anwendungen zu erlauben, sind jedoch erhebliche Verbesserungen hinsichtlich Geschwindigkeit und Genauigkeit der Bauteile notwendig. Ein wichtiger Aspekt ist die möglichst einfache Vervielfältigung und der Aufbau umfangreicherer Systeme, was sich durch eine modulare Anordung der einzelnen Bauteile – wie aus einem Baukasten – erreichen lässt.

Das Ziel dieses Projektvorschlages ist die Erforschung solcher Bauelemente, die in Modulform anwendungsübergreifend in den Quantentechnologien Verwendung finden können. Dies betrifft insbesondere die Quantenkommunikation und die Quanteninformationsverarbeitung, aber auch die Quantensensorik.

Die erfolgreiche Durchführung dieses Projektes wird zu einer führenden Rolle des Standorts Deutschland im Bereich photonischer Quantentechnologien beitragen.

Inhalt des Forschungsprojekts ist es, einzelne kombinierbare Bausteine für Kommunikation und verteiltes Rechnen mit Quantenzuständen zu erforschen und zu demonstrieren. Ein wichtiger Bestandteil ist dabei die Quelle für einzelne, gut definierte Lichtteilchen. Diese werden weiterhin die Erzeugung von speziellen Lichtzuständen ermöglichen, die im Bereich von Messungen mit Quantenzuständen Verwendung finden können. Folgende Module sollen realisiert werden: ein Modul für die logische Verknüpfung von Quantenzuständen, ein Quantenlicht-Quellen-Modul, ein Quantenlicht-Detektor-Modul sowie ein Quantenlicht-Speicher-Modul. Alle vier Module basieren auf sehr kleinen Halbleiterstrukturen, den sogenannten Quantenpunkten. Halbleiter sind dafür als Materialsystem besonders attraktiv, da sie robuste Bauelemente ermöglichen. Außerdem wird ihre Herstellung gut verstanden und ist leicht zu skalieren, sie kann also auf eine große Anzahl von Komponenten ausgeweitet werden.