Verbundprojekt: Hochintegrierte Quantenfrequenzkonverter höchster Fidelität auf Basis innovativer Laser-, Faser- und Produktionstechnologie (HiFi); Teilvorhaben UDS: Hochstabiler, breitbandiger Quantenfrequenzkonverter mit zwei-stufiger Konversion

Abstract

Das Ziel des HiFi-Gesamtverbundes ist die systematische Weiterentwick-lung von Quantenfrequenzkonvertern (QFC) und der dafür benötigen Ba-sistechnologien. Als konkretes Anwendungsszenario werden dabei glas-faserbasierte Quantennetzwerke mit Kommunikationswellenlängen im C-Band um 1,55μm identifiziert. Die Systemwellenlängen der meisten bisher realisierten Quantenbits und Quantenspeicher liegen jedoch im sichtbaren und nahinfraroten Spektralbereich, so dass ein QFC zur Umsetzung der Wellenlängen benötigt wird. Die primären Anforderungen an QFC zielen auf eine hohe Konversionseffizienz und ein geringes Rauschen. Beson-ders herausfordernd sind QFC für Qubits, deren Emissionswellenlänge kleiner ist, als die Hälfte der Zielwellenlänge im Telekomband – in diesem Fall kann der Konversionsprozess ein hohes Rauschen verursachen. Ei-ner Produkteinführung und damit einer breiten Verfügbarkeit von QFC steht zudem der bisher noch geringe Reifegrad der technischen Umset-zung entgegen. Entwicklungsziel es Gesamtvorhabens ist deshalb eine kompakte, robuste und kosteneffiziente Umsetzung eines QFC.

Im Teilvorhaben „Hochstabiler, breitbandiger Quantenfrequenzkonverter mit zwei-stufiger Konversion“ wird die systematische Weiterentwicklung eines QFC mit folgenden Zielen adressiert: - (i) Entwicklung eines hochintegrierten und skalierbaren Quantenfrequenz-konverters mit einer Quanteneffizienz von >30 % und Rauschraten von <100 Photonen/Sek. - (ii) Aufbau einer zweistufigen Konversion aus dem Wellenlängenbereich von 620..640 nm (für Defektzentren in Diamant: SnV, NV) mit Konversion in das Telekom-C-Band (1550 nm) in der Version mit zwei Konversions-kristallen. - (iii) Einsatz des Quantenfrequenzkonverters in einem realen Anwen-dungsszenario an einer Faserteststrecke.