Die elektronische Auslese von Signalen einer Vielzahl von Schaltkreisen und Detektoren ist immer noch ein Engpass in den Quantentechnologien (QT), z.B. bei photonischen Quantencomputern oder in der Quantenkommunikation. Somit ist die Realisierung skalierbarer Ausleseschaltungen eine wichtige Grundlagentechnologie für künftige QT auf industrieller Ebene. Dies betrifft insbesondere vielkanalige supraleitende Nanodraht-Einzelphotonen-Detektorsysteme (SNSPD) für verschränkungs-basierte Messungen, deren Datenraten bis heute sehr begrenzt sind.
Ziele und Vorgehen
Projektziel ist ein neuartiger 16-kanaliger, skalierbarer SNSPD-Demonstrator mit ultraschneller Auslese bei reduzierter Bauform sowie geringen Beschaffungs- und Betriebskosten. Der Ansatz nutzt schnelle, stromsparende Mixed-Signal-Supraleiter-Digitalelektronik (SDE) für eine Schnittstelle zu seriell geschalteten SNSPDs. Durch die mit SDE implementierte Kodierungsmethode können die Anzahl der HF-Leitungen für das Auslesen, der benötigte Platz und die Verstärkeranzahl drastisch, mindestens um Faktor 8, reduziert werden, so dass kompakte kryogene Kühler verwendet werden können, was die industrielle Akzeptanz drastisch erhöht.
Innovation und Perspektiven
Die Innovationen sind: Fertigungstechnologien für
stromsparende, schnelle Mixed-Signal-SDE und
seriell geschaltete SNSPDs,
neue Konzepte zur Verknüpfung SNSPDs mit SDE,
neue Konzepte für kryogene Encoder mit niedrigem Stromverbrauch und Erhaltung der SNSPD-Vorteile bei gleichzeitiger Reduktion der thermischen Last und Anzahl der Drähte und
zugehörige Design- und Simulationswerkzeuge.
Dies ist ein sehr wichtiger Schritt hin zu skalierbaren und hochperformanten SNSPD-Instrumenten für zukünftige photonische QT (auf verschränkten Photonen basierend), die z.B. SPADs weit überlegen sind.
