Skalierbare Technologie für Quantencomputer durch Flächenlichtmodulatoren

Qubits unter Kontrolle Skalierbare Technologie für Quantencomputer durch Flächenlichtmodulatoren

04.09.2025 Von Sebastian Gerstl 1 min Lesedauer

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Fraunhofer-Institut fuer Photonische Mikrosysteme

ET System electronic GmbH

Heitec AG

IBR Leiterplatten GmbH & Co. KG

Ein Projekt von Fraunhofer IPMS und MPQ zeigt, wie mikrospiegelbasierte Flächenlichtmodulatoren atomare Qubits präzise im UV-Bereich kontrollieren können. Dies stelle nach Ansicht der Forschenden einen entscheidenden Schritt für skalierbare Quantencomputer dar.

SLM-Bauelement zur Phasenmodulation basierend auf Senkspiegel-Arrays.(Bild: Fraunhofer IPMS) — SLM-Bauelement zur Phasenmodulation basierend auf Senkspiegel-Arrays.
(Bild: Fraunhofer IPMS)

Im Rahmen des Projekts SMAQ („Skalierbare Optische Modulatoren für Atomare Quantencomputer“) haben das Fraunhofer IPMS und das Max-Planck-Institut für Quantenoptik ein Verfahren zur hochpräzisen Steuerung von neutralen Atomen mittels Lasertechnik entwickelt. Der Fokus lag auf der Erzeugung optischer Punktgitter durch Flächenlichtmodulatoren (SLMs), die im ultravioletten Spektralbereich arbeiten – ein zentraler Baustein für skalierbare atomare Quantencomputer.

Laser als Quantenanreger

Kern der Lösung sind mikrospiegelbasierte SLMs, mit denen sich programmierbare Phasenmuster im Nanometerbereich erzeugen lassen. Diese Muster werden mittels spezieller Optiken in präzise Laserstrahl-Schemen überführt, die sogenannte optische Pinzetten erzeugen. In diesen Fokuspunkten können einzelne Strontiumatome eingefangen und als Qubits manipuliert werden.

Die Technologie adressiert eine zentrale Herausforderung der Quantenoptik: Die präzise Anregung atomarer Zustände im UV-Bereich. Während bisherige SLM-Technologien vor allem auf Flüssigkristall basieren und im sichtbaren Spektrum arbeiten, ermöglichen die vom Fraunhofer IPMS entwickelten mikrospiegelbasierenden Systeme eine deutlich höhere Modulationsgeschwindigkeit, UV-Tauglichkeit und Polarisationsunabhängigkeit.

Die im Projekt demonstrierte Phasenkontrolle liegt bei unter einem Hundertstel der Wellenlänge und erfüllt damit die Anforderungen für hochqualitative optische Pinzetten. Das MPQ testete den vom Fraunhofer IPMS entwickelten Prototyp erfolgreich in einem experimentellen Aufbau zur Laserkühlung und Positionierung neutraler Atome.

Ziel zukünftiger Entwicklungsstufen ist die Skalierung der Technologie auf mehrere tausend fokussierte UV-Laserstrahlen sowie eine Erhöhung der Modulationsgeschwindigkeit deutlich über die aktuell erreichten 1 kHz hinaus. Damit rückt eine adressierbare, skalierbare Plattform für atomare Quantenprozessoren in greifbare Nähe.(sg)

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Stand: 08.12.2025

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