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Univ.-Prof. Dr. Armando Rastelli

Armando Rastelli: Scalable and Fully Tunable Quantum Dots for Quantum Technologies

Quantenpunkte: Durch Verformung zu neuen Eigenschaften

Quantenpunkte oder „künstliche Atome“ sind große Hoffnungsträger, wenn es um Fortschritte in der Informationsübertragung und beim Quantencomputing geht. Sie haben allerdings einen Nachteil: Jeder Quantenpunkt besteht aus tausenden Atomen, die nicht alle gesteuert werden können, sodass kein Quantenpunkt dem anderen gleicht. Univ.-Prof. Dr. Armando Rastelli entwickelt eine Methode, die Eigenschaften der Quantenpunkte zu beeinflussen und letztlich Millionen von Quantenpunkten mit denselben Eigenschaften auszustatten.

Projektdetails

Co-Funding Projekt

Projektleitung

Armando Rastelli

Call

1/2016

Dafür setzen Rastelli und sein Team die Quantenpunkte auf ein piezoelektrisches Teil, an das sie eine Spannung anlegen. Durch die Spannung verformt sich das piezoelektrische Teil, und mit ihm der darauf befindliche Quantenpunkt. Und durch die Verformung ändern sich auch das Spektrum und die Eigenschaften des Quantenpunkts.

„Wie sich die Eigenschaften des Quantenpunkts durch die Verformung ändern, können wir vorab nur ungefähr einschätzen. Die Feinkalibrierung muss dann schrittweise erfolgen“, sagt Rastelli. „Aber dass wir es überhaupt geschafft haben, die Eigenschaften von Quantenpunkten gezielt und präzise zu steuern, war schon ein riesiger Sprung.“

Wenn es um die Nutzung der Quantenpunkte als Lichtquelle geht, sind die optischen Eigenschaften maßgeblich. Durch einen elektrischen oder optischen Impuls kann ein Quantenpunkt dazu angeregt werden, ein Photon oder ein zueinander korreliertes Photonen-Paar auszuschicken und damit Information zu übertragen.

Bei der Entwicklung der Quantencomputer-Hardware spielen Halbleiter-Quantenpunkte mit ganz bestimmten Eigenschaften eine wesentliche Rolle.

Univ. Prof. Dr. Armando Rastelli

Univ.-Prof. Dr. Armando Rastelli leitet seit 2012 die Abteilung für Halbleiterphysik am Institut für Halbleiter- und Festkörperphysik der JKU.

Nach dem Diplomstudium hätte er in Italien „in meinem Nachbardorf eine unbefristete Lehrerstelle bekommen. Das war für mich aber keine Option“.

Obwohl Rastellis Interesse damals der kosmischen Strahlung galt, wandte er sich bald der Halbleiter-Forschung zu und war unter anderem an der ETH Zürich, am Max-Planck-Institut in Stuttgart und am IFW Dresden tätig.

„Ich will mir die Neugier erhalten, weiter spielen, das Kind in mir am Leben halten, und schon auch für die Menschheit etwas bewegen“, nennt er als Motivation für seine Forschungstätigkeit.

Sein größter Erfolg bisher an der JKU: Ein Paper in Nature Communications (http://www.nature.com/articles/ncomms10375), in dem es um verschränkte Photonen geht, als Grundlage für Teleportation.

Als großen Vorteil an der JKU sieht Rastelli, dass hinsichtlich Quantenpunktsystem „alles in einem Haus“ erstellt werden kann: die Proben und Bauelemente im Reinraum, die Qualitätstestung, das Feedback zurück und damit eine mögliche weitere Verbesserung der Proben bis hin zu Quantenoptischen Messungen in den Optiklabors.

Durch das Zentrum für Nanomaterialforschung und Prototypentwicklung, das in Kooperation mit anderen Forschungsstätten und finanziert über Hochschulraum-Strukturmittel demnächst neu gebaut wird, wird der Austausch mit anderen Gruppen weiter verstärkt und die erfolgreiche Weiterentwicklung des Forschungsbereichs an der JKU gewährleistet.