CaLas

Kompaktes, hochstabiles Lasersystem für Quanten-Informationsverarbeitung mit Calcium-Ionen

Leistungsfähige Informationstechnologien mittels Quantentechnologien

Quantentechnologien erlauben potenziell wesentlich leistungsfähigere Computer; Quantennetzwerke schaffen eine bessere Abhörsicherheit in der Kommunikation. Die Funktionsweisen sind hier jedoch prinzipiell anders als die herkömmlicher digitaler Rechner und Netzwerkinfrastrukturen.

Zur gezielten Entwicklung und Anwendung der Quanten-Informationstechnologie (Q-IT) werden daher neue Technologien benötigt. Zu diesem Zweck werden derzeit häufig Ionenfallen eingesetzt. In einer Ionenfalle wird ein einzelnes Ion (ein sehr kleines positiv geladenes Teilchen) gezielt eingefangen. Die Eigenschaften des eingefangenen Ions können anschließend, z. B. durch einen Laser, definiert manipuliert werden. Dabei eignen sich Ionenfallen nicht nur zu direktem Quantenrechnen und zu Quantensimulationen, sondern auch zum Aufbau von Quantennetzwerken, da die gespeicherte Information in Laserlicht kodiert und versendet werden kann.

Alle drei Teilbereiche der Q-IT (Computing, Simulation und Netzwerk) werden einen sehr großen gesellschaftlichen Einfluss haben: So haben Quantensimulatoren erhebliches Potenzial bei der Beantwortung von Fragen in der Grundlagenforschung. Insgesamt wird von der Q-IT weltweit eine rasante Entwicklung erwartet; verschiedene Marktstudien gehen bis 2024 von einem ca. zehn Milliarden Euro großen Markt aus.

Kompaktes und wartungsfreies Lasersystem für die Quanten-Informationstechnologie

Eine Herausforderung auf dem Weg zu einem kommerziellen Quantencomputer oder Simulator, der mit gespeicherten Ionen arbeitet, ist ein sehr aufwendiges Lasersystem. Dieses Lasersystem ist zur Kühlung der Ionen sowie zur Durchführung der Manipulation des Ions nötig.

Aufgrund der Größe und der Komplexität der benötigten, aktuell verfügbaren Lasersysteme beschränkt sich die Verbreitung eines Ionenfallen-Quantencomputers bisher auf Forschungslabore. Die derzeitigen Systeme füllen üblicherweise den Großteil eines Laborraums aus. Damit verhindert das Fehlen eines kompakten und wartungsfreien Lasersystems eine breitere und schnellere Entwicklung der Q-IT und stellt ein massives Hindernis auf dem Weg zur Kommerzialisierung von Quantencomputern dar.

Ziel des Verbundvorhabens CaLas ist es, ein kompaktes, zuverlässiges und automatisiertes Lasersystem für die Q-IT zu erforschen und zu entwickeln. Das System soll derart konzipiert werden, dass sogar ein komplett in einem Rack montierter Ionenfallen-Quantencomputer denkbar wird. Möglich wird das geplante Lasersystem durch das Zusammenführen mehrerer sehr junger Entwicklungen auf den Gebieten der Diodenlaser, der Kristallzucht, der optischen Resonatoren und der optischen Frequenzkämme. Das Lasersystem wird für den Betrieb von Q-IT mit Calcium-Ionen ausgelegt.

Projektdetails

Koordinator

Dr.Ronald Holzwarth
Menlo Systems GmbH
Am Klopferspitz 19 a, 82152Planegg
+49 89 189166-0

Projektvolumen

ca. 4,0 Mio. € (Förderquote 83,1%)

Projektdauer

01.11.2018 - 31.10.2021

Projektpartner

Menlo Systems GmbHPlanegg
LAYERTEC GmbHMellingen
Forschungsverbund Berlin e.V. - Ferdinand-Braun-Institut, Leibniz-Institut für HöchstfrequenztechnikBerlin
SpaceTech GmbH88090
Universität des Saarlandes - F7 Naturwissenschaftlich-Technische Fakultät II - Lehrstuhl für Experimentalphysik - Quantum PhotonicsSaarbrücken
FMF - Freiburger Materialforschungszentrum (FMF), Albert-Ludwigs-Universität FreiburgFreiburg im Breisgau
X-ray Imaging Europe GmbHFreiburg im Breisgau