Eine komplette, vollständig in einem Chip verbaute Quantenquelle zur Erzeugung verschränkter Qubit-/Qudit-Zustände
LAB TALK (Aufzeichung)
Sprache: Englisch
Die integrierte Photonik hat sich in jüngster Zeit zu einer führenden Plattform für die Umsetzung und Verarbeitung optischer verschränkter Quantenzustände in kompakten, robusten und skalierbaren Chipformaten erhoben, welche Anwendung in der quantengesicherten Langstreckenkommunikation, der quantenbeschleunigten Informationsverarbeitung und der nicht-klassischen Messtechnik finden. Allerdings benötigten die bisher entwickelten Quantenlichtquellen externe, sperrige Anregungslaser, was sie zu unpraktischen und nicht reproduzierbaren Prototypen machte, da ihre Skalierbarkeit sowie die Möglichkeit einer Verlagerung aus dem Labor zu Anwendungen im wirklichen Leben eingeschränkt waren.
Die hier von uns gezeigte, vollständig integrierte Quantenlichtquelle überwindet diese Hürden mittels eines integrierten Laserresonators, eines hocheffizienten, einstellbaren und den Vernier-Effekt nutzenden Lärmunterdrückungsfilters (>55 dB) sowie eines nichtlinearen Mikrorings zur Paarbildung aus verschränkten Photonen durch spontane Vier-Wellen-Mischung. Die hybride Quantenquelle nutzt einen elektrisch gepumpten InP-Amplifikationsabschnitt sowie ein Si3N4-verlustarmes Mikroringfiltersystem und weist hohe Leistungsparameter auf, nämlich eine Paaremission über vier Resonanzmoden im Telekommunikationsband (Bandbreite ~1 Thz) sowie eine außergewöhnliche Paarerkennungsrate von ~620 Hz bei einem hohen Zufall-Unfall-Verhältnis von ~80. Direkt in der Quelle werden hochdimensionale Frequenzbin-verschränkte Quantenzustände (Qubits/Qudits) erzeugt, wie sich durch Messungen der Quanteninterferenzen mit Sichtbarkeiten von bis zu 96 % (eine Verletzung der bellschen Ungleichung) sowie durch Rekonstruktion der Dichtematrix mittels Zustandstomografie bestätigen lässt, welche Fidelitäten von bis zu 99 % nachweist.
Unser Ansatz basiert auf einer hybriden photonischen Plattform und ermöglicht somit skalierbare, wirtschaftlich realisierbare, kostengünstige, kompakte, leichte und vor Ort einsetzbare verschränkte Quantenquellen, die für praktische Anwendungen außerhalb des Labors wie z. B. in Quantenprozessoren und Quantensatellitenkommunikationssystemen unabdingbar sind.