Verbundprojekt KonneQt - Hochfinesse Kavität für optische Interkonnektivität zwischen Quantenprozessoren; Teilvorhaben: Piezoelektrische MEMS-Spiegel und gekrümmte Glasoberflächen für optische Kavitäten

Abstract

Im Verbundprojekt KonneQt wurden Schlüsseltechnologien für die optische Vernetzung ionenbasierter Quantencomputer entwickelt. Ziel war die Realisierung einer Hochfinesse-Resonatorkavität, die sowohl die Auslesegeschwindigkeit einzelner Ionen durch den Purcell-Effekt erhöht als auch optische Verbindungen zwischen separaten Quantenprozessoren ermöglicht. Hierfür entwickelte das Fraunhofer ISIT miniaturisierte piezoelektrische MEMS-Spiegel zur aktiven Kavitätslängenregelung sowie hochpräzise sphärische Glassubstrate für Kavitätsspiegel. Im Projektverlauf wurden 45 MEMS-Designvarianten mit einer Chipgröße von 1,4 mm × 1,4 mm gefertigt und umfassend mechanisch sowie elektrisch charakterisiert. Parallel wurde ein waferbasiertes Glasfließverfahren für die Herstellung sphärischer Spiegelrohlinge optimiert. Die entwickelten MEMS-Spiegel erreichten eine Auflösung von etwa 15 pm bei 50 mV Ansteuerspannung, ein lineares quasi-statisches Verhalten bis 200 V sowie Durchbruchspannungen von 140–200 V. Die Glassubstrate wiesen eine Oberflächenrauheit von 0,6 ± 0,2 nm bei reproduzierbaren Krümmungsradien auf und konnten erfolgreich hochreflexiv beschichtet werden. Die entwickelten Komponenten wurden für die Integration in das Gesamtsystem an die Johannes-Gutenberg-Universität Mainz übergeben. Die Ergebnisse schaffen eine technologische Grundlage für skalierbare, vernetzte Quantencomputer auf Basis von Ionenfallen und eröffnen Perspektiven für zukünftige Anwendungen in der Quantenkommunikation und Quanteninformationstechnologie.