Pixel Photonics, ein führendes deutsches Nanophotonik-KMU, das 2021 als Spin-off der WWU Münster gegründet wurde, gibt heute die Zusammenarbeit mit PASQAL (Frankreich), der Sorbonne Université (Frankreich), dem Institute of Photonic Sciences (ICFO) (Spanien) und dem Institut d'Optique Théorique et Appliquée (IOTA) (Frankreich) bekannt. Das Ziel dabei ist es die wesentlichen Grundlagen für einen photonischen Quantencomputer zu schaffen, der auf der Technologie der neutralen Atome basiert. Das Projekt wird durch den "Pathfinder-2023 Challenge Grant" des Europäischen Innovationsrats finanziert.

Die von der Gruppe Multimode Quantum Optics an der Sorbonne Université koordinierte Zusammenarbeit nutzt die Kraft neutraler Atome, um die Grundlagen für einen Quantenprozessor zu entwickeln. Dieser wird Licht als Träger von Quanteninformationen verwenden und dabei einen vielversprechenden Ansatz verfolgen, der als Continuous Variable Quantum Computing bekannt ist. Dieser Ansatz für das Quantencomputing beruht auf der wellenförmigen Natur des Lichts – und nicht auf diskreten Quantenbits, die mit dem Verhalten der Teilchen verbunden sind.

Licht hat die Fähigkeit, bei Raumtemperatur große Mengen an Informationen über große Entfernungen mit geringen Verlusten zu übertragen. Diese Eigenschaften machen Licht zu einem hervorragenden Kandidaten für skalierbare Quantencomputer. Photonen, die Teilchen des Lichts, interagieren jedoch nicht auf natürliche Weise miteinander, was eine große Herausforderung für den Bau von Quantencomputern darstellt, da Interaktionen erforderlich sind, um Operationen auszuführen und Quantenschaltungen zu erstellen.

Ziel des PANDA-Konsortiums ist es, die Grundlagen für einen photonischen Quantencomputer durch die Wechselwirkung von Lichtquanten - oder Photonen - mit einer speziell geordneten Anordnung von neutralen Atomen zu schaffen. Bei der PASQAL-Architektur werden hochfokussierte Laser, so genannte optische Pinzetten, eingesetzt, um neutrale Atome zu manipulieren und sie in 2D- und 3D-Arrays beliebiger Konfiguration anzuordnen.  

"Als führendes Unternehmen im Bereich der Quantenverarbeitung mit neutralen Atomen freuen wir uns, Teil dieses Konsortiums zu sein. Innovationen in unserer Technologie werden dazu beitragen, das Quantencomputing gemeinsam mit Experten der Photonik voranzutreiben. Wir sind davon überzeugt, dass unsere von der Natur zur Verfügung gestellten Atome für dieses Vorhaben optimal sind", sagt Loïc Henriet, CTO bei PASQAL.

Die von dem Konsortium entwickelte Technik wird es ihnen ermöglichen, exotische Lichtzustände mit beispielloser Effizienz herzustellen, indem sie ihr Fachwissen im Bereich der Technik und der Untersuchung sowohl des atomaren Ensembles als auch des Quantenlichts zusammenführen. Durch die Kombination von neuartiger hocheffizienter Lichterkennung mit Fortschritten in der Nanophotonik wird die PANDA-Partnerschaft die Bausteine des photonischen Quantencomputers entwickeln.

Wladick Hartmann, CTO Pixel Photonics: "Die Bereitstellung eines Werkzeugkastens für die deterministische Erzeugung von exotischen Lichtzuständen wird neue und vielversprechende Ansätze für den Bau von Quantencomputern ermöglichen. Wir sind begeistert, dass wir die notwendige Innovation in der Photonendetektion liefern können, um diesen neuen und aufregenden Ansatz zu ermöglichen."

"Dieses Projekt ist aus wissenschaftlicher Sicht sehr spannend, da es einen der Hauptengpässe der ansonsten sehr vielversprechenden Plattform für Quantencomputer mit nicht-klassischem Licht angeht", sagt Nicolas Treps, Professor an der Sorbonne Université, Gruppe Multimode-Quantenoptik, und Koordinator des Projekts.

Über die am Konsortium beteiligten Institutionen

Die Sorbonne Université (SU) ist eine weltbekannte französische Universität, die sich der intensiven und multidisziplinären Forschung widmet. Prof. Nicolas Treps und Dr. Valentina Parigi von der Gruppe Multimode-Quantenoptik des Laboratoire Kastler Brossel (LKB) haben in vielen Bereichen der Quantenoptik Pionierarbeit geleistet, nämlich im Zusammenspiel von theoretischer Arbeit und Experimenten.

Das Institut für Photonische Wissenschaften (ICFO) ist ein führendes spanisches Institut, das sich auf die Pionierforschung im Bereich Photonik, die Ausbildung der nächsten Generation von Wissenschaftlern und Technologen sowie den Wissens- und Technologietransfer spezialisiert hat. Die Gruppe Theoretische Quanten-Nanophotonik unter der Leitung von Prof. Darrick Chang verfügt über bedeutende Fachkenntnisse bei der Entwicklung neuartiger Plattformen für Quanten-Atom-Licht-Schnittstellen und der Erforschung der Anwendungen und physikalischen Phänomene solcher Systeme. 

Pixel Photonics GmbH (PIX) ist ein führendes deutsches Nanophotonik-KMU, das 2021 als Spin-off der WWU Münster von Nicolai Walter, Dr. Wladick Hartmann, Dr. Fabian Beutel, Martin Wolff und Christoph Seidenstücker mit dem Ziel gegründet wurde, hochskalierbare Einzelphotonendetektoren zu kommerzialisieren. Die Anwendungen für die Technologie von Pixel Photonics reichen von optischem Quantencomputing, Quantenschlüsselverteilung und Mikroskopie bis hin zu Metrologie und Sensorik. Das Unternehmen besteht aus einem internationalen Team mit 20 Vollzeitbeschäftigten, das einen einzigartigen technologischen Ansatz für die Einzelphotonendetektion verfolgt, der Skalierbarkeit mit hoher Detektionseffizienz bei sehr hoher Geschwindigkeit kombiniert. Dies macht neue Anwendungen möglich und trägt dazu bei, die Anzahl der Kanäle im Quantencomputing oder die Datenraten in der Quantenkryptographie zu erhöhen, ohne die technische Komplexität zu steigern. Um mehr über Pixel Photonics zu erfahren, besuchen Sie www.pixelphotonics.com.

Graduate School (IOGS) ist ein führendes französisches Institut, das alle Aktivitäten im Bereich der Photonik vereint: Forschung, Ausbildung, Innovation, Unternehmensgründung, Beratung und industrielle Entwicklung. Die Gruppe für Quantenoptik am IOTA unter der Leitung von Prof. Antoine Browaeys und Dr. Igor Ferrier-Barbut ist weltweit führend auf dem Gebiet der Physik von hochgradig kontrollierten Anordnungen einzelner neutraler Atome. 

PASQAL ist ein führendes französisches Unternehmen für Quantencomputer, das Quantenprozessoren aus geordneten neutralen Atomen in 2D- und 3D-Arrays herstellt, um seinen Kunden einen praktischen Quantenvorteil zu verschaffen und reale Probleme zu lösen. PASQAL wurde 2019 aus dem Institut d'Optique heraus von Georges-Olivier Reymond, Christophe Jurczak, Professor Dr. Alain Aspect, Nobelpreisträger für Physik, 2022, Dr. Antoine Browaeys und Dr. Thierry Lahaye gegründet. PASQAL hat bis heute mehr als 140 Millionen Euro an Finanzmitteln erhalten.  Um mehr über PASQAL zu erfahren, besuchen Sie www.pasqal.com.