Kryogen, kompakt, skalierbar: Die Zukunft der Mikroresonatoren
Optische Plattformen für Mikroresonatoren ermöglichen die gezielte Kopplung von Licht an einzelne Quantensysteme wie NV-Zentren, Quantendots oder organische Moleküle. Dies ist ein entscheidender Schritt für Anwendungen in der Quantenkommunikation, Sensorik und Materialforschung. Bisher war der Einsatz solcher Plattformen in Closed-Cycle-Kryostaten aufgrund mechanischer Vibrationen stark eingeschränkt – obwohl diese Kryostate durch den Wegfall von Flüssighelium deutlich einfacher zu handhaben sind. Qlibri hat dieses Problem gelöst: Durch die Entwicklung steifer Mikropositionierer, aktiver Regelmechanismen und passiver Vibrationsisolation bleibt die Resonatorlänge nun im Pikometerbereich stabil. In Kombination mit der Cryostation® S200 von Montana Instruments, die Temperaturen bis 4 K erreicht und ein vibrationsarmes Nutzvolumen bietet, sind hochpräzise quantenoptische Experimente unter kryogenen Bedingungen nun automatisiert, zuverlässig und skalierbar möglich.
Abb. 1: Der Qlibri-Mikroresonator kombiniert einen Faserspiegel mit einem planaren Substratspiegel und ist in die Cryostation S200 von Montana Instruments integriert – für stabile quantenoptische Experimente bei 4 K
Abb. 2: Optische Resonatorplattform von Qlibri montiert auf der Kühlplattform einer Montana Instruments Cryostation S200
Die Plattform bietet ein großzügiges Nutzvolumen mit minimalen Vibrationen von unter 15 nm in allen Raumrichtungen – ideal für empfindliche Kopplungsvorgänge zwischen Licht und Materie. Die Resonatorlänge wird mithilfe eines PID-Reglers (Proportional-Integral-Derivative-Reglers) stabilisiert, der die Position der Resonanzflanke im Transmissionssignal überwacht. Dadurch lässt sich die Resonanz extrem präzise kontrollieren – mit Finesse-Werten über 10⁵ und Qualitätsfaktoren über 10⁶. Dank automatisierter Steuerung und API-Schnittstelle sind wiederholbare Messungen im 10- bis 30-Minuten-Takt möglich. Die Plattform erlaubt nicht nur die gezielte Adressierung einzelner Quantensysteme, sondern auch deren parallelen Betrieb – ein entscheidender Schritt in Richtung skalierbarer Quantentechnologien. Die Integration eines optionalen Magnetmoduls erweitert das Anwendungsspektrum zusätzlich, etwa durch präzise steuerbare Magnetfelder bis 500 mT für die Untersuchung magnetisch empfindlicher Übergänge.
Die Möglichkeit, stabile Magnetfelder ohne zusätzliche Wärmebelastung zu erzeugen, erlaubt die gezielte Kontrolle optischer Übergänge und die Untersuchung neuer Kopplungsregime zwischen Licht und Materie. Damit wird die Plattform sowohl für die Grundlagenforschung als auch für anwendungsorientierte Entwicklungen in der Quantenoptik und -sensorik zunehmend relevant. Die Qlibri-Microcavity-Plattform eröffnet nicht nur neue Möglichkeiten für präzise Einzelphotonexperimente unter kryogenen Bedingungen, sondern legt auch den Grundstein für skalierbare Quantentechnologien. Durch die Miniaturisierung der Komponenten lassen sich künftig mehrere unabhängige Quantensysteme parallel in einem Kryostaten betreiben, was ein entscheidender Schritt in Richtung komplexer Quantenarchitekturen sein könnte.
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