In den letzten Jahren ist die Photonik zu einem der Hauptkandidaten im Wettlauf um den Bau von groß-skaligen Quantencomputern geworden. Die Bedeutung der Photonik als Quanteninformations-Technologie wird durch die Tatsache bestärkt, dass sie eine von nur wenigen Technologieplattformen ist, die einen Quantenvorteil erzielt hat, d. h., ein groß-skaliges Quantensystem, das bei einer klar definierten Rechenaufgabe einen klassischen Supercomputer übertrifft.

In diesem Vortrag werde ich mehrere Aspekte der Forschung hervorheben, die mein Team in diesem Bereich durchführt. Dabei werde ich mich auf drei Aspekte konzentrieren.

Erstens werde ich einige theoretische Aspekte der jüngsten Demonstrationen von Quantenvorteil in der Photonik besprechen. Eine entscheidende Frage bei jeder dieser Demonstrationen ist, wie sich Rauschen auf den Grad der Quanten-Interferenz auswirkt. Es gibt hier eine Analogie zu Bell-Tests, bei denen immer ausgefeiltere Experimente zu immer anspruchsvolleren theoretischen Einwänden führen. Aktuelle Behauptungen haben eine lebhafte Debatte darüber ausgelöst, wie Photon-Verluste dazu verwendet werden könnten, die für die Demonstration eines Quantenvorteils verwendete Rechenaufgabe klassisch zu simulieren. Ich werde die Aussichten diskutieren, die entsprechenden optischen Systeme mithilfe der in den letzten Jahren entwickelten Theorie zu simulieren.

Zweitens werde ich die komplexe Ingenieuraufgabe der Konstruktion von groß-skaligen, einstellbaren Interferometern besprechen, die notwendig sind, um den eben erwähnten “proof-of-principle” Systemen einen ausreichenden Grad an Programmierbarkeit zu verleihen. In Zusammenarbeit mit einem Spin-off-Unternehmen der Universität Twente, QuiX Quantum B.V., haben wir kürzlich den weltweit größten quantenoptischen Prozessor gebaut, d. h. ein vollständig einstellbares, multimodales, optisches Interferometer, das Siliziumnitrid basierte photonische Wellenleiter verwendet.

Schließlich werde ich mich auf die Grundlagenforschung im Bereich der Quantenphysik konzentrieren, die durch diese technologischen Fortschritte ermöglicht wird. Groß-skalige photonische Systeme sind ein interessantes und neuartiges Testfeld, um die grundlegenden Konzepte und Probleme der Quantenmechanik zu erkunden. Insbesondere werde ich zeigen, wie diese Plattform für eine Quantensimulation der Quantenthermodynamik verwendet werden kann und werde einen neuen Verschränkungs-Nachweis für groß-skalige Quantenzustände vorstellen. Die breite Palette neuer wissenschaftlicher Erkenntnisse deutet auf ein vielversprechendes Potenzial dieser Quantentechnologie-Plattform hin.

Gastgeber

Riko Schadow