VOMBAT

Kooperation

Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphy-sik (Freiburg), Fraunhofer-Institut für Nachrichtentechnik, Heinrich-Hertz-Institut (Berlin), Universität des Saarlandes (Saarbrücken), Ferdinand-Braun-Institut gGmbH, Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik (Berlin)

Projektbeschreibung

Quellen für einzelne und verschränkte Photonen sind Schlüsselkomponenten für Quantentechnologien wie Quantenkommunikation, Computing und Metrologie. Eine zentrale Herausforderung bei der Realisierung globaler Quantennetzwerke sind Übertragungsverluste in Glasfasern. Daher sind Photonenquellen erforderlich, die in den verlustarmen Telekommunikationswellenlängenbändern emittieren. Es gibt eine Vielzahl an Anwendungen von verschränkten Photonenpaarquellen, wobei die wichtigste die Quantenschlüsselverteilung (QKD) ist, welche idealerweise auch zwischen mehreren Nutzern erfolgen soll. Für eine solche Mehrparteien-Quantenschlüsselverteilung benötigt man eine Paarquelle mit ausreichender spektraler Bandbreite, so dass mittels Wavelength-Demultiplexing Photonenpaare an mehrere Nutzer gleichzeitig versendet werden können.

Im VOMBAT soll eine miniaturisierte Quelle verschränkter Photonenpaare auf Basis von AlGaAs-Bragg-Reflexionswellenleitern entwickelt werden, welche mittels einer hybrid integrierten photonischen Schaltung „on-chip“ mit einem Wellenlängenmultiplexing kombiniert werden soll.

Die AlGaAs-basierten, nichtlinearen Bragg-Reflexionswellenleiter erzeugen verschränkte Photonenpaare im Telekom-Bereich (~1550 nm). Das Material AlGaAs wird gewählt, da Laserdioden für den Spektralbereich der Pumpwellenlänge (~775 nm) ebenso AlGaAs-basiert sind, und so eine vollständige, monolithische On-Chip-Integration erreicht werden kann.

Der Schwerpunkt des Projektes liegt in der Miniaturisierung einer solchen Photonenpaarquelle, wobei verschiedene Integrationstiefen angestrebt werden sollen. Die im Rahmen des Projektes angestrebten Einzelziele sind: (1) Entwicklung von breitbandig abstimmbaren Pumplasern für passive AlGaAs-Bragg-Reflexionswellenleiter basierend auf hybrid-optischen Diodenlasern, sowie monolithisch durchstimmbaren DBR-Lasern mit großer Bandbreite. (2) Entwicklung passiver AlGaAs-Wellenleiter mit einer Fidelity zum maximal verschränkten Zustand von ≥0.97 und einer CAR (Coincidence-to-Accidental Ratio) ≥100. (3) Aktive AlGaAs-Wellenleiter mit monolithisch integrierter Pumpquelle mit einer Fidelity ≥0.8 und einer CAR ≥50. (4) Entwicklung einer hybrid integrierten Photonenpaarquelle. (5) Hybrid integrierte Kopplung von Photonenpaarquelle mit Wellenlängenmultiplexing mit mindestens 8 Ausgangskanälen und 5 nm Kanalbreite. Alle Quellen werden Raumtemperatur-fähig sein, was einen erheblichen wirtschaftlichen Vorteil ggü. kryogenen Techniken bedeutet. Eine Evaluierung der Quelle ist während des Projektes an der UDS auf einer Faserstrecke geplant.