Förderprojekte

Förderbeginn 01.01.2020

Integrierte quanten-photonische Schaltkreise

Prof. Dr. Kai Müller
Technische Universität München
Walter Schottky Institut

Prof. Dr. Marina Radulaski
University of California, Davis
Department of Electrical & Computer Engineering

Das Ziel dieses Forschungsvorhabens ist die Entwicklung einer neuartigen und skalierbaren Plattform für integrierte quanten-photonische Schaltkreise. Eine solche Plattform ist für neuartige Technologien im Bereich der Quanteninformationsverarbeitung von großer Bedeutung. Der Kern dieses Vorhabens ist eine hybride Plattform welche die besten Eigenschaften aus zwei Welten kombiniert – photonische Schaltkreise auf Basis von Siliziumkarbid, dessen Farbzentren also Emitter von Quantenlicht verwendet werden können, und Einzelphotonendetektoren auf Basis von supraleitenden Nanodrähten. Dabei sollen die photonischen Schaltkreise in der Gruppe von Marina Radulaski an der UC Davis entwickelt werden und die supraleitenden Detektoren sollen in der Gruppe von Kai Müller an der TU München integriert werden.

Abschlussbericht
Unter allen Möglichkeiten, Quantenbits zu implementieren, sind Photonen einzigartig, aufgrund ihrer Skalierbarkeit und ihrer Fähigkeit, Quanteninformationen über große Entfernungen zu übertragen. Für reale Anwendungen wird jedoch eine skalierbare chip-integrierte Plattform für die photonische Quanteninformationsverarbeitung benötigt, einschließlich Erzeugung, Routing und Detektion von einzelnen Photonen. Ziel dieses Projekts war es, das Potenzial von Siliziumkarbid (SiC) als Plattform für solche integrierten Quantenphotonik-Schaltungen zu untersuchen. Hierzu wurde die Expertise der Gruppe von Prof. Dr. Marina Radulaski an der UC Davis zu photonischen Schaltungen aus Siliziumkarbid mit integrierten Quantenemittern mit der komplementären Expertise der Gruppe von Prof. Dr. Kai Müller an der TU München zu integrierten supraleitenden Nanodraht-Einzelphotonendetektoren (SNSPDs) kombiniert.

Insbesondere wurde eine Prozesskette für die Herstellung von quanten-photonisch integrierten SiC-Schaltkreisen mit integrierten SNSPDs entwickelt und erste Schritte zu ihrer Realisierung umgesetzt. Hierbei ist es von entscheidender Bedeutung, dass die benötigten Fertigungsschritte für eine Komponente der integrierten Plattform keine negativen Auswirkungen auf die anderen Komponenten haben. Supraleitende Niob-Titan-Nitrid (NbTiN)-Filme wurden auf Siliziumkarbid (SiC)-Proben gewachsen und charakterisiert, und mittels Simulationen wurden leistungsstarke Detektordesigns entwickelt. Dies wurde durch Forschungsbesuche zwischen den Gruppen und einen gemeinsamen Workshop ermöglicht und führte zu gemeinsamen Veröffentlichungen. [1]

[1] S. Majety, S. Strohauer, P. Saha, F. Wietschorke, J. J. Finley, K. Müller, and M. Radulaski. "Triangular quantum photonic devices with integrated detectors in silicon carbide." Materials for Quantum Technology 3, no. 1 (2023): 015004.