Quanten-photonisch integrierter skalierbarer Speicher

Das Teilvorhaben HUB-Exp verfolgt das Ziel, eine integrierte Quantenspeicherarchitektur mit Defektzentren in Diamant experimentell zu realisieren. Aufbauend auf den Fortschritten mit NV- und SnV-Zentren sollen kohärente Kontrolle, verbesserte Spin-Photon-Schnittstellen und deterministische Phasengatter entwickelt werden, um photonische Time-Bin-Qubits speichern und flexibel abrufen zu können. Ergänzt wird dies durch die Entwicklung von Quellen auf Basis derselben Defektzentren sowie durch die Integration schneller photonischer Weichen. Damit entstehen die Komponenten für einen Demonstrator, der die Funktionalität eines on-demand Quantenspeichers realisiert.

Das Teilvorhaben HUB-Theo adressiert die theoretische Weiterentwicklung integrierter Quantenregister aus SnV-Zentren in photonisch integrierten Schaltkreisen. Schwerpunkte sind die Erhaltung von Kohärenz und die Entwicklung fehlertoleranter Architekturen. Hierfür werden Methoden des maschinellen Lernens – insbesondere LSTM-Netzwerke und Transformer – eingesetzt, um spektrale Fluktuationen zu modellieren und Korrekturstrategien abzuleiten sowie Emittereigenschaften und Fabrikationsprozesse zu optimieren.

Zusätzlich werden phononische Moden in Nanostrukturen und ihr Einfluss auf die Kohärenz untersucht, Fehlerkorrekturverfahren für integrierte Register entwickelt und Konzepte für Quanten-Physically Unclonable Functions (QPUFs) mit Farbzentren in Diamant erprobt.