Privatdozent Dr. Alexander Pawlis, Leiter der Arbeitsgruppe „Halbleiter Nanosysteme und Quanten Phänomene“ am Department Physik der Universität Paderborn, erhält zusammen mit Prof. Dr. Manfred Bayer (Experimentelle Physik II, TU Dortmund) für das gemeinsame innovative Projekt „Integrated-optical photon pair source with spin/qubit interface“ rund 600.000 Euro von der VolkswagenStiftung. Sie setzten sich im Auswahlwettbewerb der interdisziplinären Förderinitiative „Integration mikroskopischer Komponenten in makroskopische Systeme“ erfolgreich gegen ihre Mitbewerber durch. „Diese thematischen Ausschreibungen der VolkswagenStiftung sind ein tolles Tool, um junge Wissenschaftler zwischen PostDoc und Professur zu fördern“, freut sich Dr. Alexander Pawlis.
Mit seinem „High Risk/High Gain“-Projekt will er in den nächsten drei Jahren einen Halbleiterchip auf Basis seiner Forschungen mit Fluoratomen als Spin-Qubits entwickeln, der jeweils zwei verschränkte Photonen, also einzelne Lichtteilchen, zur Datenübertragung emittiert. Ziel ist es, diese Paare von einzelnen Photonen, die die Speicherinformationen der beiden Fluoratome enthalten, über große Strecken zu übertragen.
Für die klassische Kommunikation über Glasfaserkabel muss der Laserpuls alle rund 80 Kilometer verstärkt werden, da er wegen der Absorption des Materials schwächer wird. „Das funktioniert mit einzelnen Lichtteilchen nicht, weil aufgrund des No-Cloning-Theorems der Zustand nicht kopiert werden kann“, erläutert Alexander Pawlis. Schlüsselwort ist hier der Quantenrepeater, in der Quantenkommunikation das Pendant zum klassischen Verstärker. „Die Kombination mehrerer dieser Halbleiterchips ergibt einen skalierbaren Plug-and-Play-Quantenrepeater, der das Signal über mehrere Stationen im Labormaßstab verteilt“, erklärt der Physiker. Mit beliebig vielen Zwischenstationen könnte mit dieser Methode prinzipiell jede beliebige Distanz überbrückt werden, Entfernung wäre damit kein limitierender Faktor mehr.
In den nächsten drei Jahren entwickelt Dr. Alexander Pawlis den Halbleiterchip aus Mikrodisks oder Photonischen Kristallen sowie Wellenleitern und Auskoppelgittern. Projektpartner Prof. Dr. Manfred Bayer wird dabei den Nachweis der Funktionalität des Chips mit Hilfe von hochentwickelten Methoden der optischen Spektroskopie erbringen. „Sind wir damit erfolgreich, könnten wir in einer zweiten Förderperiode die Kopplung der Halbleiterchips vorantreiben“, sagt Alexander Pawlis und ist sich sicher: „Die Kombination dieser Halbleiterchips ermöglicht einen großen Schritt in Richtung Quantencomputer und sichere Datenübertragung.“
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Privatdozent Dr. Alexander Pawlis ist seit Oktober 2012 Privatdozent im Department Physik der Universität Paderborn und leitet die Arbeitsgruppe „Halbleiter Nanosysteme und Quanten Phänomene“.
Prof. Dr. Manfred Bayer ist seit 2002 Inhaber des Lehrstuhls „Experimentelle Physik II“ an der Technischen Universität Dortmund.
Die 1962 von der Bundesrepublik Deutschland und dem Land Niedersachsen gegründete VolkswagenStiftung fördert Wissenschaft und Technik in Forschung und Lehre. Ihren Fokus legt sie zum einen auf Forschungsvorhaben in zukunftsträchtigen Gebieten, zum anderen auf die gezielte Förderung des wissenschaftlichen Nachwuchses. Sie hat seit ihrer Gründung über 30.000 Projekte mit mehr als 4,2 Milliarden Euro unterstützt.
