Verbundprojekt: Enabling QUAntum Information by Scalability of Engineered quantum materials (EQUAISE) - Teilvorhaben: Skalierbare Einzelphotonenquellen basierend auf zweidimensionalen Kristallen

Zukünftige Quantenanwendungen erfordern nicht-klassische Lichtquellen, die bei Bedarf ununterscheidbare Photonen mit hoher Effizienz und Reinheit emittieren. Eine zwingende Voraussetzung für industrielle Anwendungen ist, dass diese Quellen mit einfachen und kostengünstigen Methoden hergestellt werden und gleichzeitig mit aktuellen photo-nischen Integrationstechnologien kompatibel sind. Die Leistung von Festkörper-Quantenemittern und Einzelphotonenquellen wurde dank fast 20 Jahren intensiver technischer Bemühungen erheblich verbessert. Sie aus den Forschungslaboren in die Wirtschaftlichkeit zu überführen, bleibt jedoch eine große Herausforderung. Dies liegt hauptsächlich an der Problematik, die von Quantentechnologien gestellte Skalierbarkeitsanforderung zu erfüllen. Im Vorhaben wird ein neuartiger Ansatz zur Herstellung von Arrays aus nahezu idealen Einzelphotonenquellen verfolgt: Die Quellen werden ausgehend von zweidimensionalen Materialien aus der Materialklasse der Übergangsmetall Dichalkogeniden (engl.: transition metal dichalcogenides; TMDCs) realisiert. Atomar dünne TMDCs lassen sich einfach herstellen, sind kostengünstig und dank ihrer inhärent flexiblen Natur können ihre optischen Eigenschaften nahtlos abgestimmt werden. Darüber hinaus kann die Emission von diesen Materialien den Wellenlängenbe-reich für die Signalübertragung durch optische Fasern abdecken. Die Herstellung unserer Einzelphotonenquellen erfolgt mittels nano-mechanischer Verspannung, wobei die Emitter räumlich und spektral resonant mit dem elektromagnetischen Feld einer zirkularen Bragg Kavität (ZBK) gekoppelt werden, um eine effiziente Lichtextraktion sicherzustellen. Gemeinsam mit den Kollaborationspartnern im Verbund soll schließlich ein Chip entwickelt werden, der mehrere solcher Einzelphotonenquellen beherbergt,