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.
Räumlich strukturiere Halbleiterchips als Plattform für Kondensate
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.
Skalierbare Architektur für Quantensimulationen
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.
