RouTe

Mit Quantentechnologien auf dem Weg in die Anwendung

Ziel ist die Entwicklung und Nutzbarmachung von neuen Quantentechnologien u. a. im Bereich der Informationsverarbeitung oder der Sensorik.Traditionell wird Licht, das von einer kohärenten Quelle (z. B. einem Laser) ausgestrahlt wird, verwendet, um die Dynamik von atomaren Anregungen, Elektronen oder molekularer Strukturen zu manipulieren. In jüngster Zeit wurde jedoch erkannt, dass die starke Modifikation elektromagnetischer Felder in nanophotonischen Strukturen (z. B. Mikroresonatoren oder Nanowellenleitern, d. h. Lichtleitern, deren geometrische Abmessungen kleiner als die Wellenlänge des benutzten Lichtes sind) prinzipiell auch geeignet ist, neuartige Dynamiken zu erlauben und zu kontrollieren. Dadurch können beispielsweise stark gekoppelte Ensembles von Quantenemittern realisiert werden, die nichtwechselwirkende Ensembles von Quantenemittern bezüglich der Empfindlichkeit von Frequenzmessungen und bei der Bildung von robusten Quanteninformationsspeichern, bei weitem übertreffen.

Licht und Materie verschmelzen zu etwas Neuem

Ziel dieses Forschungsvorhabens ist es zusammen mit den europäischen Partnern das Fundament für eine raumtemperaturbasierte und damit weitaus anwendungsnähere Quantentechnologie zu legen. Um die notwendigen Quanteneigenschaften bei Raumtemperatur zu erhalten, nutzt RouTe nanophotonische Strukturen. Mit diesen kann Licht mit organischen Molekülen auf engstem Raum zusammengebracht werden, wodurch eine kohärente Wechselwirkung zwischen Feld und Materie ermöglicht wird. Hierdurch können neue „Materialien“ entstehen, die ein Hybrid aus Licht und Materie sind. Dazu sollen zwei unterschiedliche Konzepte untersucht werden: Zum einen die Kopplung einer Vielzahl von organischen Molekülen an das Vakuumfeld eines Mikroresonators, wodurch eben diese Materialien mit neuartigen chemischen Eigenschaften entstehen können. Zum anderen sollen die Emissionseigenschaften einer definierten Anzahl organischer Moleküle durch einen Nanowellenleiter manipuliert werden, was für rauschgeschützte Quantennetzwerke genutzt werden könnte.

Die Projektergebnisse könnten somit die Grundlagen für Messinstrumente, Quanteninformationsspeicher, Quantensimulatoren oder quantenvakuumveränderte Materialien bilden. Sie könnten auch für neuartige chemische Verfahren eingesetzt werden und um Reaktionsraten genau zu berechnen.