Pressemitteilung vom 11. Juni 2025
Vom Einzelphoton zum Speicher
Neues Projekt zielt auf die Integration von Quantenlichtquellen und -speichern
Eine dänisch-deutsche Forschungskooperation mit Beteiligung des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf (HZDR) verfolgt das Ziel, neue Quantenlichtquellen und Technologien für skalierbare Quantennetzwerke auf Basis des Seltenerd-Elements Erbium zu entwickeln. Das Projekt EQUAL (Erbium-basierte Silizium-Quantenlichtquellen) wird vom Innovationsfonds Dänemark mit 40 Millionen dänischen Kronen (etwa 5,3 Millionen Euro) gefördert. Es begann im Mai 2025 und hat eine Laufzeit von fünf Jahren.
Künstlerische Darstellung der Implantation eines einzelnen Erbium-Ions in eine optische Nanokavität auf Siliziumbasis. Ein fokussierter Ionenstrahl (oben) liefert einzelne Erbium-Ionen mit Nanometerpräzision, während ein Laser (links) seitlich Licht in die Nanokavität einkoppelt, um das Ion anzuregen. Das angeregte Erbium-Ion emittiert einzelne Photonen im C-Band der Telekommunikation und ermöglicht so skalierbare Quantenlichtquellen, die mit bestehenden Glasfasernetzen kompatibel sind.
Bild: B. Schröder/HZDR
Die Quantentechnologie ermöglicht eine nicht zu knackende Verschlüsselung und völlig neue Arten von Computern, die in Zukunft durch optische Quantennetze verbunden werden sollen. Dafür sind jedoch Quantenlichtquellen erforderlich, die es heute noch nicht gibt. Das neue Projekt zielt darauf ab, diesen Zustand zu ändern.
„Es ist eine schwierige Aufgabe, aber wir haben ein starkes Team zusammengestellt. Eines der heikelsten Probleme ist die Integration von Quantenlichtquellen mit Quantenspeichern. Vor ein paar Jahren schien dies noch unrealistisch, aber jetzt sehen wir einen Weg nach vorn“, sagt der Projektkoordinator Søren Stobbe, Professor an der Technischen Universität Dänemark (DTU).
Die dem Optimismus des Teams zugrundeliegende technologische Vision basiert auf der Kombination von nanophotonischen Chips der DTU mit einzigartigen Technologien aus den Bereichen Materialien, Nanoelektromechanik, Nanolithographie und Quantensysteme. Heute existieren zwar bereits viele verschiedene Arten von Quantenlichtquellen, aber entweder funktionieren sie nicht im Zusammenspiel mit Quantenspeichern, oder sie sind nicht mit optischen Fasern kompatibel.
Um diese Unzulänglichkeiten zu überwinden, gibt es derzeit nur eine erfolgversprechende Option: das Element Erbium. Erbium interagiert jedoch zu schwach mit Licht. Die Wechselwirkung muss deutlich verstärkt werden. Das ist nun dank einer neuen, an der DTU entwickelten Nanophotonentechnologie möglich. Das Projekt erfordert zudem weitere Zutaten: aus der Quantentechnologie, der integrierten Photonik mit extrem niedrigem Stromverbrauch sowie neue Nanofabrikationsmethoden – Teilbereiche, die alle ein großes Potential haben.
Das HZDR wird zur Entwicklung neuer Quantenlichtquellen beitragen, die auf Silizium basieren, dem gleichen Material, das auch in der Alltagselektronik genutzt wird. Diese Lichtquellen werden bei denselben Wellenlängen arbeiten, die auch in der Glasfaserkommunikation Verwendung finden, was sie ideal für künftige Quantentechnologien, wie sichere Kommunikation und leistungsstarke Computer, macht. „Wir wollen fortschrittliche Ionenstrahltechniken einsetzen, um Erbium-Atome gezielt in winzige Siliziumstrukturen zu implantieren, und untersuchen, wie die Verwendung von ultrareinem Silizium deren Leistung verbessern kann. Diese Forschung wird den Grundstein für den Bau von Quantenbauelementen legen, die in die heutige Technologie integriert werden können“, erklärt Dr. Yonder Berencén, der Leiter des Projekts am Institut für Ionenstrahlphysik und Materialforschung des HZDR.
Das EQUAL-Team hat darüber hinaus Zugang zu weiteren Spitzentechnologien von Partnerinstitutionen: Quantennetzwerke von der Humboldt-Universität in Berlin, Nanotechnologie von Beamfox Technologies ApS und integrierte Photonik von Lizard Photonics ApS.
Weitere Informationen:
Dr. Yonder Berencén
Institut für Ionenstrahlphysik und Materialforschung am HZDR
Tel.: +49 351 260 3137 | E-Mail: y.berencen@hzdr.de
Prof. Søren Stobbe
Technical University of Denmark | Department of Electrical and Photonics Engineering.
Tel: +45 60 65 67 69 | E-Mail: ssto@dtu.dk
Medienkontakt:
Simon Schmitt | Leitung und Pressesprecher
Abteilung Kommunikation und Medien am HZDR
Tel.: +49 351 260 3400 | Mobil: +49 175 874 2865 | E-Mail: s.schmitt@hzdr.de
Line Skouboe
Communications Advisor, Innovation Fund
Tel.: +45 61 90 50 39 | E-Mail: line.skouboe@innofond.dk
