- Tudomány
- MI-vel fordítva
Indítsa el a kvantumszámítás következő szakaszát
Egy Würzburg-i fiatal kutatócsoport kulcsfontosságú technológiát fejleszt skálázható kvantumrendszerekhez. A Szövetségi Kutatási Minisztériumtól több mint 6,6 millió eurót kapnak erre.
A tisztasági szobában a csoport maga készíti a kristályokat, és beépíti ezeket az úgynevezett III-V fényképesség-platformokba (lásd a képen). (Forrás: Martin Brandstätter; Szerzői jog: Würzburgi Egyetem)
Dr. Andreas Pfenning vezeti a projektet. (Forrás: Martin Brandstätter; Szerzői jog: Würzburgi Egyetem)
A Würzburgi Julius-Maximilians-Universität (JMU) jelenleg egy olyan technológiát fejleszt, amely döntő jelentőségű lehet a kvantumtechnológiák jövője szempontjából: egy újszerű fázismodulátort, amely rendkívül gyorsan és szinte veszteség nélkül irányít fényjeleket. Ennek a komponensnek a fejlesztéséhez a Ferro35 fiatal kutatócsoport, Dr. Andreas Pfenning vezetésével, több mint 6,6 millió eurót kap a Szövetségi Kutatási, Technológiai és Űrkutatási Minisztériumtól (BMFTR).
A kvantumszámítógépek, kvantumszenzorok és lehallgatásmentes kommunikáció kulcsfontosságú technológiák a következő évtizedekben. Ám eddig hiányzik egy olyan alkatrész, amely elengedhetetlen a skálázható fotonikus kvantumrendszerekhez: egy modulátor, amely precízen befolyásolja a kvantumállapotokat anélkül, hogy zavarja az érzékeny fényjelet. Pontosan ebben nyújt segítséget a fiatal kutatócsoport.
Az a komponens, amely megkülönböztet
A fázismodulátorok már régóta beépültek a klasszikus optikai hálózatokba. A kvantumtechnológiákhoz azonban a jelenlegi megoldások nem elegendőek. „Olyan alkatrészekre van szükségünk, amelyek magas sebességet tesznek lehetővé, és ugyanakkor rendkívül alacsony optikai veszteséget mutatnak,” mondja Pfenning, „ez a kombináció eddig nem létezik — és döntő fontosságú a komplex kvantumkapcsolási körök számára.”
A fiatal kutatócsoport ezért egy új megközelítést alkalmaz: bárium-titánátot (BTO) integrál a III-V fotonikai platformokba, amelyeket már hatékony kvantumfényforrásokhoz használnak. A két anyagrendszer összekapcsolása technológiailag kihívást jelent, ugyanakkor teljesen új lehetőségeket nyit a fény irányításában a chipen.
Kristályok saját gyártásban
Ahhoz, hogy ez a megközelítés működjön, a csapat maga állítja elő a szükséges kristályokat: rétegenként, tisztatérben és magas vákuumban. Ez a módszer a molekuláris sugár epitaxia (MBE), amely a legpontosabb anyagtudományi eljárások közé tartozik. Már több MBE berendezés áll a csoport rendelkezésére a Gottfried Landwehr Nanotechnológiai Laboratóriumban, egy újat pedig kifejezetten a Ferro35 számára alakítanak ki. „A ferroelektromos anyagok esetében különösen tiszta folyamatkörnyezetre van szükség,” magyarázza Pfenning, „még a legkisebb szennyeződések is megváltoztathatják a kristályok tulajdonságait.”
Mint a Lego: az alkatrésztől a kvantumkapcsolóig
A modulátor mellett a csoport további komponenseket fejleszt, amelyek szükségesek a fotonikus kvantumkapcsolókhoz, például hullámvezetőket, osztókat és integrált kvantumfényforrásokat. Ezeket az alkatrészeket először szimulálják, majd tisztatérben gyártják.
Ez nemcsak a fejlesztést könnyíti meg, hanem új lehetőségeket nyit a tanításban is. A hallgatók a jövőben kísérletezhetnek a modellekkel — játékos módon közelítve egy rendkívül összetett kutatási területhez.
Még időbe telik, míg teljesen skálázható kvantumszámítógépek válnak valóra. Ám a projekt során kifejlesztett alkatrészek már korábban is gyümölcsöző talajt teremthetnek. „A gyors és veszteségmentes modulátorok a távközlésben is érdekesek,” mondja Pfenning. „Technológiánk itt is fontos impulzusokat adhat.”
A „Quantum Futur” támogatási program
A Ferro35 a „Quantum Futur 3” program keretében kap támogatást. A BMFTR kezdeményezése támogatja fiatal kutatókat abban, hogy önálló kutatócsoportokat hozzanak létre, amelyek új technológiai alapokat teremtenek a kvantumtechnológia második generációjához. Dr. Andreas Pfenning számára ez a támogatás lehetőséget ad arra, hogy egy világosan meghatározott kutatási irányt alakítson ki a JMU-n: a ferroelektromos kvantumfotonikát.
A Ferro35 egy olyan technológiai platform kialakításán dolgozik, amely hosszú távon hozzájárul Németország és Európa technológiai szuverenitásának megerősítéséhez. A támogatás magában foglalja saját infrastruktúra kiépítését, tudományos személyzet képzését és kulcsfontosságú alkatrészek fejlesztését a fotonikus kvantumrendszerekhez.
Az illető személy
Dr. Andreas Pfenning 2026 óta vezeti a Ferro35 fiatal kutatócsoportot a Würzburgi Julius-Maximilians-Universität Technikai Fizika Tanszékén. 2022 vége óta irányítja a Szilárdtest Kvantumfotonika Kutatócsoportot, és az experimentális fizika habilitációját végzi.
Ph.D. fokozata után posztdoktori kutatóként dolgozott a Vancouverben található British Columbia Egyetem Kvantum Anyag Intézetében, ahol szilícium-alapú fotonikus kvantuminformáció-feldolgozással foglalkozott. Jelenlegi kutatásai az integrált kvantumfotonikát, az újszerű ferroelektromos anyagokat és a skálázható kvantumtechnológiák fejlesztését ötvözik.
Julius-Maximilians-Universität Würzburg
97070 Würzburg
Németország
