Department for Quantum Technology
Working Group Prof. Dr. Tobias Heindel - Photonic Quantum Networks
Working Group Prof. Dr. Carsten Schuck - Integrated Quantum Technology
Die Vision der AG Schuck besteht darin eine Quantentechnologie-Plattform auf Silizium Chips zu entwickeln, die im Bereich der Quanteninformationsverarbeitung, Quantenkommunikation und Quantensensorik zum Einsatz kommen soll. Dabei werden einzelne Photonen als quantenmechanische Informationsträger benutzt, die in nanophotonischen Strukturen auf Silizium Chips erzeugt, manipuliert und detektiert werden. Bei der Herstellung dieser Strukturen kommen modernste Nanofabrikationsmethoden zum Einsatz, die es zukünftig ermöglichen sollen fortschrittliche Quanteninformationsprozessoren zu realisieren, welche weit über die Kapazitäten heutiger Computer- und Sensorik-Systeme hinauszugehen. In der AG Schuck wird die Entwicklung einer solchen Plattform entlang dreier Forschungslinien verfolgt:
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Quantenemitter
Einerseits befassen sich aktuelle Projekte mit der Realisierung von Einzelphotonenquellen auf Basis von Defektzentren in Diamanten, einzelnen Moleküle oder nichtlineare Materialeffekte. Andererseits ist es Ziel effiziente Schnittstellen zwischen solchen Quantenemittern und nanophotonischen Netzwerken zu schaffen, welche beispielsweise als photonische Kristalle oder plasmonische Antennen für Licht implementiert werden können. -
Nanophotonische Schaltungen
Die Manipulation der quantenmechanischen Zustände von einzelnen Photonen auf einem Silizium Chip wird in nanophotonischen Elementen bewerkstelligt, die mittels Wellenleitern in einem Netzwerk miteinander verschaltet sind. Hier gibt es eine Vielzahl von Projekten in denen spezielle nanophotonische Bauelemente und Netzwerkstrukturen entwickelt werden, deren Design u.a. auf konvexen Optimierungsmethoden und dem Einsatz künstlicher Intelligenz beruht. -
Einzelphotonendetektoren
Um den quantenmechanischen Zustand eines einzelnen Photons zu bestimmen sind spezielle Detektoren nötig, welche hier als supraleitende Nanodrähte auf nanophotonischen Wellenleitern realisiert werden. Diese Detektoren erreichen sehr hohe Effizienz, sind sehr rauscharm und haben eine extrem hohe Zeitauflösung, was sie auch über Anwendungen in den Quantentechnologien hinaus sehr attraktiv macht (beispielsweise in der Biologie und Medizin).
Wir bieten in allen drei Themenbereichen (Quantenemitter, Nanophotonik & Supraleitende Detektoren) Bachelor- und Masterarbeiten an. Unsere Gruppe ist methodisch auf numerische Simulationstechniken, Nanofabrikationsverfahren und experimentelle Laborarbeiten zur Entwicklung, Herstellung und Charakterisierung quantentechnologischer Chips spezialisiert. Einige der von uns eingesetzten Methoden umfassen Fertigungsmethoden der Halbleiterindustrie, Nanocharakterisierungstechniken, Tieftemperaturphysik & Supraleitung, Vakuumphysik, Elektronik, Radiofrequenztechnik, High-Performance-Computing & Programmiertechniken (Python), Optik und natürlich Quantenphysik. Wir setzen nicht voraus, dass Sie dies alles schon können, sondern dass Sie Lust haben es zu mit uns zu lernen! In einigen Fällen bieten wir auch theoretische Arbeiten an, wie bspw. die Entwicklung von Quantenalgorithmen oder Projekte im Bereich Künstlicher Intelligenz. Da sich unsere Arbeiten immer der aktuellen Forschung anpassen, ändern sich mögliche Master- und Bachelorarbeitsthemen oft recht dynamisch und es ist am besten, wenn Sie uns einmal im Center for Nanotechnology (CeNTech) und Center for Soft Nanoscience (SoN) besuchen kommen und sich direkt vor Ort informieren. Zur Kontaktaufnahme schicken Sie eine E-Mail an