Wie ist ein photonischer Quantenschaltkreis aufgebaut?

Ein photonischer Quantenschaltkreis ist ein System, das Licht (Photonen) verwendet, um Quanteninformationen zu verarbeiten und zu übertragen. Hier sind die grundlegenden Komponenten und deren Aufbau:

1. **Photonenquellen**: Diese erzeugen die Photonen, die als Informationsträger dienen. Typische Quellen sind Quantenpunkte, nichtlineare Kristalle oder Halbleiterlaser.

2. **Wellenleiter**: Diese leiten die Photonen durch den Schaltkreis. Sie bestehen oft aus Materialien wie Silizium oder Siliziumnitrid und sind so gestaltet, dass sie Licht mit minimalem Verlust führen.

3. **Modulatoren**: Diese Bauteile verändern die Eigenschaften der Photonen, wie ihre Phase oder Polarisation. Sie können auf elektro-optischen oder thermo-optischen Effekten basieren.

4. **Koppler und Splitter**: Diese Komponenten teilen oder kombinieren Lichtstrahlen. Sie ermöglichen es, Photonen in verschiedene Pfade zu lenken oder mehrere Photonenstrahlen zu einem zu kombinieren.

5. **Detektoren**: Diese erfassen die Photonen am Ende des Schaltkreises. Sie sind oft auf supraleitenden Nanodrähten oder Halbleiterdetektoren basierend und können einzelne Photonen mit hoher Effizienz nachweisen.

6. **Interferometer**: Diese Geräte nutzen Interferenzmuster, um Quantenoperationen durchzuführen. Ein bekanntes Beispiel ist das Mach-Zehnder-Interferometer.

Der Aufbau eines photonischen Quantenschaltkreises erfordert präzise Fertigungstechniken, um die optischen Komponenten auf einem Chip zu integrieren und die Lichtverluste zu minimieren. Die Integration all dieser Komponenten auf einem einzigen Chip ermöglicht die Realisierung komplexer Quantenalgorithmen und -protokolle.