Laser für Quantencomputer Wie ein Spektrumanalysator bei der VECSEL-Entwicklung unterstützt

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YOKOGAWA Deutschland GmbH Niederlassung Herrsching Test- und Messtechnik

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Laser für Quantencomputer müssen stabil, präzise und leistungsstark sein. Das setzt optische Messtechnik voraus, die eine hohe Messgenauigkeit und einen breiten Messbereich bieten. Ein finnisches Unternehmen hat sich auf VECSEL spezialisiert und benötigt dazu passende Spektrumanalysatoren.

Quantencomputer bieten im Vergleich zu klassischen Computertechnik eine bessere Rechentechnik, womit sich die Leistungsfähigkeit grundlegend verändern wird. Der Schlüssel zu diesem Durchbruch liegt in spezialisierten Lasern, die Licht exakt definierter Wellenlängen erzeugen. Allerdings ist es nicht trivial, Laser zu fertigen, die stabil, präzise und leistungsstark sind. Hier setzt das finnische Unternehmen Vexlum an.

Vexlum ist aus Universität Tampere in Finnland hervorgegangen. Heute zählt es zu den weltweit führenden Anbietern für sogenannte Vertical-External-Cavity-Surface-Emitting-Lasern (VECSEL). Diese Lasertechnik eignet sich speziell für quantenbasierte Anwendungen, da sie eine äußerst schmalbandige Emission mit einer klar definierten Frequenz ermöglicht.

Lasermodule sind weniger komplex

Im Gegensatz zu traditionellen Ansätzen, welche die separaten Module Seedlaser, Verstärker und Emitter kombinieren, verfolgt Vexlum mit seiner von Grund auf monolithischen Architektur ein völlig eigenes und integratives Konzept. Diese kompakte Dreifach-Architektur reduziert die Systemkomplexität erheblich, erhöht zugleich die Effizienz und ermöglicht höhere Ausgangsleistungen gegenüber klassischen kantenemittierenden Lasern oder VCSELs.

Für die stabilen und präzisen Emissionseigenschaften müssen die von Vexlum entwickelten VECSEL-Laser äußerst genau spektral vermessen werden. Besonders für Anwendungen im Quantencomputer ist eine sehr hohe Genauigkeit notwendig, da diese Laser oft sehr spezifische und variierende Wellenlängen abdecken müssen.

Laser für Anwendungen in der Quantentechnik oder Kommunikation benötigen eine exakte, stabile Wellenlänge. Bereits minimale Abweichungen können die Qualität und die Leistungsfähigkeit stark einschränken. Damit die Entwickler von Vexlum präzise messen können, setzen sie auf optische Spektrumanalysatoren (OSA) des Herstellers Yokogawa. Dieser bietet einen Wellenlängenbereich von 600 bis 1.700 nm. Damit lassen sich auch unterschiedliche VECSEL-Designs flexibel und effizient mit nur einem Messsystem analysieren. Komplexe und meist auch parallele Testaufbauten werden überflüssig.

Betriebswellenlänge präzise einstellen

So unterstützt beispielsweise die hohe Messgenauigkeit bis ±0,008 nm des AQ6370E dabei, die gewünschte Betriebswellenlänge der VECSELs sehr präzise einzustellen. Nur mit solch einer hohen Präzision lassen sich die Laser optimal für Quantencomputing bereitstellen, da quantentechnische Anwendungen eine extrem genaue und stabile Wellenlänge voraussetzen.

Ein weiterer Punkt ist der High-Close-in-Dynamic-Range- (HCDR-) Modus für die exakte Darstellung spektraler Spitzen und Seitenmoden. Der HCDR-Modus verbessert erheblich die Darstellung einzelner spektraler Peaks und Moden. Für Vexlum bedeutet das konkret: wichtige Spezifikationen, etwa eine einzige gewünschte Frequenzlinie ohne störende Nebenmoden, werden leichter überprüfbar und optimierbar.

Schließlich ist es dank des breiten Messbereichs möglich, sämtliche für Quantenanwendungen relevanten spektralen Bereiche abzudecken. Damit können die Entwickler von Vexlum unterschiedliche VECSEL-Designs ohne den Einsatz zusätzlicher Messgeräte charakterisieren.

Erfolg durch langjährige Partnerschaft

Jussi-Pekka Penttinen, Mitgründer und technischer Leiter von Vexlum, hebt besonders die Bedeutung der präzisen Messtechnik für sein Unternehmen hervor: „Ohne den AQ6370E von Yokogawa ließe sich die erforderliche Qualität und Zuverlässigkeit unserer VECSEL-Entwicklungen nicht garantieren. Das Gerät ist für die präzise Charakterisierung unserer Laser absolut unverzichtbar – und zwar sowohl in der Entwicklung als auch später in der Serienproduktion.“ (heh)

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