AG Prof. Dr. Schuck – Integrierte Quantentechnologie

Integrierte Quantentechnologie
Ziel unserer Forschung ist die Entwicklung von Quantentechnologie für Einzelphotonen auf Siliziumchips. Wir entwerfen, fertigen und testen photonische Bauelemente mit Hilfe fortschrittlicher Nanotechnologie, die eine einfache Replikation von Funktionseinheiten ermöglicht. Unsere Aktivitäten konzentrieren sich auf drei Kernbestandteile der Quantenoptik auf Chipbasis:

•     Entwurf von effizienten Schnittstellen zwischen optischen Wellenleitern und Einzelphotonenquellen.
•     Entwicklung von nanophotonischen Bauelementen und Komponenten für Quantenschaltungen.
•     Integration von supraleitenden Nanodraht-Einzelphotonendetektoren mit nanophotonischen Wellenleitern.

Die Kombination aller drei Forschungsrichtungen führt zu einer skalierbaren Quanteninformationsverarbeitung mit enormen Vorteilen gegenüber klassischen Rechen- und Kommunikationssystemen.

AG Prof. Dr. Heindel – Photonische Quantennetzwerke

Photonische Quantennetzwerke

Wir forschen auf dem Gebiet der photonischen Quantentechnologien für ein künftiges Quanteninternet. Hierfür entwickeln wir Quantenlichtquellen sowie Spin-Photon Schnittstellen basierend auf Halbleiter-Quantenpunkten, emergenten 2D Materialien, aber auch fluoreszierenden Proteinen. Die erzeugten Lichtteilchen setzen wir anschließend in Labor- sowie Feldexperimenten ein, um Quanteninformations-Protokolle zu implementieren, die anschließend zu Quantennetzwerken skaliert werden können.

Unsere Aktivitäten konzentrieren sich dabei auf die Folgenden Aspekte:

• Grundlagen der Quantentechnologien: Erzeugung und Kontrolle einzelner Photonen und Spins
• Technologische Bausteine: Quantenlichtquellen, Spin-Photon-Schnittstellen etc.
• Protokoll-Implementationen: Quantenkryptographie und -Netzwerke in Labor- sowie Feldexperimenten

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AG Prof. Dr. Kleinmann – Grundlagen der Quantentheorie

Grundlagen der Quantentheorie

Wir untersuchen die theoretischen Grundlagen der Quantentheorie, insbesondere die Struktur der Quantentheorie als operationelle physikalische Theorie. Ziel unserer Arbeit ist es, die Prinzipien der Quantenmechanik präzise zu formulieren und besser zu verstehen, um neue experimentelle Tests sowie quantentechnologische Anwendungen zu ermöglichen. Wir beschäftigen uns insbesondere mit folgenden Themen:

• Besonderheiten der Quantendynamik und Quantenprozessen
• Korrelationen und Axiomatik von zusammengesetzter Quantensystemen
• Messungen als quantenphysikalischer Prozess.
• Anwendung quanteninformationstheoretischer Konzepte auf neue physikalische Kontexte.
• Charakterisierung von technologischen und fundamentalen Quantensystemen.

AG Prof. Dr. Raissi - Theoretische Quantenkommunikation

Theoretische Quantenkommunikation

Quantentechnologien beruhen auf der Fähigkeit, Informationen unter dem Einfluss von Rauschen, Unvollkommenheiten und begrenzten Ressourcen zu verteilen, zu verarbeiten und zu schützen. In der Arbeitsgruppe Theoretische Quantenkommunikation entwickeln wir die theoretischen Grundlagen und praktischen Konzepte, die für zukünftige Quantenkommunikationssysteme erforderlich sind, mit einem besonderen Schwerpunkt auf Quantennetzwerken, Quantenfehlerkorrektur und Quantenkryptographie.

Ein zentrales Thema unserer Arbeit ist der Entwurf und die Charakterisierung komplexer Quantenressourcen – von multipartiter Verschränkung, Graphzuständen und höherdimensionalen Quantensystemen (Qudits) bis hin zu fehlerkorrigierenden Strukturen und Netzwerkarchitekturen –, die Quantenkommunikation, Quantencomputing und Sicherheit jenseits der Möglichkeiten klassischer Technologien ermöglichen. Unsere Forschung erfolgt in enger Zusammenarbeit mit experimentellen Arbeitsgruppen und Industriepartnern aus den Bereichen Quantenphotonik, Kommunikation und Quantentechnologien.