Noch ist nicht entschieden, welche Quantentechnologien sich durchsetzen werden. Photonen lassen sich mit geringsten Verlusten transportieren, Spin-Qubits oder Atome eignen sich besser, um Quanteninformation zu speichern, und supraleitende Qubits für schnelle logische Gatter. Dieses Seminar brachte vom 31. Mai bis 3. Juni 2021 rund 80 international führende Physiker aus Universitäten und der Industrie zusammen, die an den erforderlichen Schnittstellen arbeiten, um solch unterschiedlichen Quantensysteme miteinander zu verbinden. Das Ziel dabei ist eine hybride Quantentechnologie, die von den einzigartigen Vorteilen jedes Einzelsystems profitieren kann.

Statt im Physikzentrum fand das Seminar virtuell statt. An vier Tagen bot die MeetAnyway-Plattform einen idealen Rahmen für 16 eingeladene Vorträge sowie 35 Poster. Die Teilnehmer kamen aus Neuseeland, Australien, China, Nord- und Südamerika, UK, Europa und Asien. Trotz der schwierigen Zeitzonenverteilung waren die Vorträge sehr gut besucht, und an den virtuellen Posterwänden fanden lebhafte Diskussionen statt.

Ein Hauptthema war die rauschfreie Frequenzumwandlung zwischen Mikrowellen und optischen Signalen. Die große Bandbreite an dafür untersuchten Systemen ist beeindruckend. Angefangen vom optomechanischen Strahlungsdruck, Elektro-Optik, Magnonen und Seltene-Erden-Spins, werden auch Rydberg-Atome verwendet, um Mikrowellen-Photonen kohärent in optische Photonen umzuwandeln. Aufgrund der notwendigen Rauschfreiheit werden die Systeme zum Teil bei Millikelvin-Temperaturen betrieben. 

Weitere Schwerpunkte waren die nichtlineare Optik und die integrierte Photonik, mit denen Schnittstellenelemente für Quantentenrechner bei Raumtemperatur entwickelt werden. Diese basieren auf Halbleiter-Quantenpunkten, gefangenen Ionen, neutralen Atomwolken oder Fehlstellen in Diamant. Da diese Systeme typischerweise nicht bei Telekom-Wellenlängen arbeiten, ist auch hier die effiziente Frequenzumwandlung der optische Signale eine zentrale Herausforderung, um Quantennetzwerke mit großer Reichweite zu entwickeln.

Weitere Ansätze waren Quantennetzwerke, die gänzlich auf kalte Temperaturen setzen und mehrere supraleitende Qubits mittels supraleitenden Wellenleitern zu einem Quantennetzwerk verbinden. Damit gelang es, erste deterministische Verschränkungs- und Kommunikationsprotokolle zwischen 1 und 10 Metern zu zeigen.

Das Seminar zeigte den rasanten Fortschritt in allen drei Teilbereichen und gab einen guten Einblick in die vielen Facetten und Herausforderungen der hybriden Quantentechnologien. Wir danken der Wilhelm und Else Heraeus-Stiftung für die organisatorische Unterstützung und die Bereitstellung des virtuellen Tagungsraums.

Dr. Nicholas Lambert, Prof. Dr. Harald Schwefel, University of Otago, Neuseeland
Prof. Dr. Johannes Fink, IST Austria