16. Juli 2024

VolkswagenStiftung fördert Pioniervorhaben in der Quantenphysik VolkswagenStiftung fördert Pioniervorhaben in der Quantenphysik

Wie lassen sich Bose-Einstein-Kondensate für die Quantentechnologie nutzen? Dieser Frage gehen Dr. Frank Vewinger und Prof. Martin Weitz vom Institut für Angewandte Physik der Universität Bonn und Privatdozent Dr. Alexander Pawlis vom Peter Grünberg Institut des Forschungszentrums Jülich nach. Die VolkswagenStiftung fördert das Projekt in ihrer Förderinitiative „Pioniervorhaben – Explorationen des unbekannten Unbekannten“ mit insgesamt 525.000 Euro in den nächsten drei Jahren.

Dr. Frank Vewinger (2.v.l.) und Prof. Martin Weitz  (rechts) vom Institut für Angewandte Physik der Universität Bonn.
Dr. Frank Vewinger (2.v.l.) und Prof. Martin Weitz (rechts) vom Institut für Angewandte Physik der Universität Bonn. © Volker Lannert/Uni Bonn
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Lichtteilchen (Photonen) kommen als winzige, unteilbare Portionen vor. Viele Tausend dieser Licht-Portionen lassen sich zu einem einzigen Super-Photon verschmelzen, wenn man sie genügend konzentriert und abkühlt. Die einzelnen Teilchen sind dann gar nicht mehr voneinander zu unterscheiden.

Dazu gehören zum Beispiel thermalisierte Photonen in Farbstofflösungen, die 2010 in optischen Resonatoren beobachtet wurden. Die Thermalisierung der Photonen ermöglicht eine direkte Kühlung der Kondensate in mikrostrukturierte Potenziale. Was als Werkzeug für die Quantentechnologie bisher noch fehlt, ist die Möglichkeit, mehrere dieser Kondensate dynamisch zu kontrollieren und miteinander zu koppeln. Das Team des Projektes „Electrical controlled photon condensates in III/V semiconductor heterostructures“ strebt an, räumlich strukturierte Halbleiterchips als Plattform für die Kondensate zu etablieren. Dafür sollen Halbleiter-Quantentrogstrukturen als aktives Medium auf einem hochreflektierenden Bragg-Spiegel verwendet werden. Der seitliche Einschluss der Photonen wird entweder durch Formgebung der Spiegel oder durch die Strukturierung der Halbleiteroberfläche erreicht. Die Kopplung zwischen benachbarten Kondensaten wird piezoelektrisch gesteuert und ermöglicht so, die Tunnelraten zwischen den Kondensaten zu verändern.

Dies möchte das Projektteam nutzen, um beispielsweise dynamische Eichfelder für Photonen zu simulieren. Zusammen mit der besonderen thermodynamischen Gleichgewichtscharakteristik der Photonenkondensate bietet die geplante Festkörper-basierte -Plattform aus Sicht der Antragstellenden eine skalierbare Architektur für Quantensimulationen. Dadurch wird die photonische Simulation komplexer physikalischer Phänomene wie beispielsweise dem Quanten-Hall-Effekt ermöglicht.

Die neu bewilligten Projekte haben nun die Chance, Durchbrüche in der Grundlagenforschung zu erzielen – oder ihre Ziele zu verfehlen. Auch die Option des Scheiterns kann ausdrücklich einkalkuliert sein, da nur so entsprechende Risiken eingegangen werden und im Erfolgsfall hohes Erkenntnispotenzial besteht.

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