Studie Photonik für Quantentechnologien

Roadmap für die integrierte Quantenphotonik

27. Januar 2022, 16:20 Uhr | Nicole Wörner
Bei der integrierten Quantenphotonik werden klassische photonische Technologien und Bauteile für Quantenanwendungen eingesetzt.
Bei der integrierten Quantenphotonik werden klassische photonische Technologien und Bauteile für Quantenanwendungen eingesetzt.
© Universität Paderborn, Besim Mazhiqi

Das Potenzial, die globalen Perspektiven, die Hintergründe und Grenzen der integrierten Photonik für Quantentechnologien sind Gegenstand einer Studie der Uni Paderborn. Die Ergebnisse gibt’s jetzt kostenlos zum Nachlesen.

In ihrem Paper erläutern die Wissenschaftler zugrundeliegende Technologien, stellen den aktuellen Stand der Forschung sowie zukünftige Anwendungsmöglichkeiten dar und beleuchten das Innovations- und Marktpotenzial.

»Die photonischen Quantentechnologien haben in den vergangenen zwanzig Jahren zahlreiche wichtige Meilensteine erreicht«, erklärt der Paderborner Physiker Prof. Dr. Klaus Jöns, Kopf des internationalen Wissenschaftsteams, das die Studie erarbeitet hat. »Die Skalierbarkeit ist aber nach wie vor eine große Herausforderung, um die Ergebnisse aus den Laboren heraus für Alltagsanwendungen tauglich zu machen. Anwendungen benötigen oft mehr als tausend optische Komponenten, die alle individuell optimiert werden müssen. Allerdings können die photonischen Quantentechnologien von den parallelen Entwicklungen der klassischen photonischen Integration profitieren.« Die Wissenschaftler sehen hier weiteren Forschungsbedarf. »Die integrierten Photonikplattformen, die viele Materialien, Komponentendesigns und Integrationsstrategien erfordern, bringen eine Vielzahl von Herausforderungen mit sich, insbesondere Signalverluste, die in der Quantenwelt nicht leicht kompensiert werden können«, so Jöns weiter.

Bei der integrierten Quantenphotonik...

...werden klassische photonische Technologien und Bauteile für Quantenanwendungen eingesetzt. Die Integration auf Chip-Ebene ist dabei entscheidend für die Skalierung und Umsetzung von Labordemonstratoren. Jöns erklärt: »Die Bemühungen im Bereich der integrierten Quantenphotonik sind breit gefächert und beinhalten die Entwicklung von Quantenphotonik-Schaltungen, die monolithisch, hybrid oder heterogen integriert sein können. In unserem Paper erörtern wir, welche Anwendungen in Zukunft möglich werden könnten, wenn wir die derzeitigen Hindernisse überwinden.« Ziel der Studie ist es, weitere Forschungsförderungen und -arbeiten anzuregen, indem sie nicht nur die wissenschaftlichen Fragestellungen, sondern auch die Herausforderungen im Zusammenhang mit der Entwicklung der erforderlichen Fertigungsinfrastruktur und der Lieferketten für die Markteinführung der Technologien abbilden.

Den Wissenschaftlern zufolge ist es dringend nötig,...

...großzügig in Bildung zu investieren, um die nächste Generation von Ingenieuren auf dem Gebiet der integrierten Photonik für Quantentechnologien auszubilden. »Unabhängig von der Art der Technologie, die in kommerziellen Quantengeräten zum Einsatz kommen wird, sind die zugrunde liegenden Prinzipien der Quantenmechanik dieselben«, betont Jöns. »Wir gehen davon aus, dass der Bedarf an Wissenschaftlern und Ingenieuren mit fundierten Kenntnissen sowohl der Quantenmechanik als auch ihrer technologischen Anwendungen steigen wird. Investitionen in die Ausbildung der nächsten Generation werden dazu beitragen, die wissenschaftlichen und technologischen Grenzen zu überwinden.«

Das Paper ist hier zu lesen. 


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