Ziel der Entwicklung
Quantentechnologien stecken noch in den Kinderschuhen. Um die benötigten Detektoren einem breiten wissenschaftlichen Publikum verfügbar zu machen, ist die Entwicklung von einfach zu handhabenden Testsystemen notwendig. Um diesem Ziel einen Schritt näher zu kommen, wurde ein Testsystem eines supraleitenden Einzelphotonendetektors entworfen. Mit diesem wurde die Möglichkeit der optischen Datenübertragung demonstriert. Die Herausforderung dabei bestand darin, die elektrische Kontaktierung und die Einkopplung des optischen Signals zu optimieren, um eine möglichst hohe Quanteneffizienz des Gesamtsystems zu erhalten.
Vorteile und Lösungen
Bisherige Aufbauten zur Verwendung von fasergekoppelten supraleitenden Einzelphotonendetektoren werden per Hand bei tiefen Temperaturen (4 K) justiert. Diese sehr aufwändige Arbeit muss für jeden Kühlvorgang neu durchgeführt werden. Das entwickelte Package ermöglicht neben einer definierten Faserhalterung auch ein Konzept zum Aufbau des Sensors bei Raumtemperatur. Dazu werden ein Silizium-Chip (Halterung für die Glasfaser) und ein Chip zur Einzelphotonendetektion im Flip-Chip-Verfahren zusammengebracht. Dieser Prozess kann bei Raumtemperatur im Automaten hochgenau durchgeführt werden. Aufgrund der kleinen Abstände bleibt die Positionsgenauigkeit auch beim Abkühlvorgang erhalten. Weiterhin wurde untersucht, unter welchen Voraussetzungen ein supraleitender Chip in einem closed-cycle Kryostaten verwendet werden kann.
Zielgruppe und Zielmarkt
Die Technologie zur Herstellung der supraleitenden Detektoren wird nur von wenigen Gruppen weltweit beherrscht. Die Überführung in ein anwenderfreundliches Messsystem steht noch aus. Hier bieten die Faserkopplung, die Einbindung in einen closed-cycle Kryostaten und die Flip-Chip-Montage wichtige Ansatzpunkte für zukünftige Weiterentwicklungen mit Industrie- und Forschungspartnern.
Zielmärkte eines solchen weiterentwickelten Aufbaus sind die Quantenschlüsselübertragung (QKD), space-to-ground communication und die Detektion von schwachen Lichtsignalen mit hohen Geschwindigkeiten in der Mikroskopie.
