Präzise platzierte Quantenpunkte machen Integration von Quantenlichtquellen auf Halbleiterchips skalierbar und reproduzierbar –
Optische Quantenchips gelten als Schlüsseltechnologie für zukünftige Kommunikations- und Computeranwendungen. Eine zentrale Herausforderung bei ihrer Herstellung bestand bislang darin, dass die benötigten Quantenlichtquellen – sogenannte Halbleiter-Quantenpunkte – während des Wachstumsprozesses zufällig auf dem Chip entstanden. Geeignete Quantenpunkte mussten deshalb zunächst aufwendig lokalisiert werden, bevor photonische Strukturen um sie herum gefertigt werden konnten. Dieses Verfahren erschwerte eine skalierbare und reproduzierbare Herstellung erheblich. Forschende aus dem QR.N-Verbund an den Standorten Berlin und Oldenburg haben nun eine Lösung für dieses Problem entwickelt. Mithilfe einer neuartigen Quantenchip-Architektur entstehen die Quantenpunkte gezielt an den Positionen, an denen sie später benötigt werden. Möglich wird dies durch kontrolliert in das Substrat integrierte Stressoren, die lokale Materialspannungen erzeugen und so das Wachstum der Quantenpunkte präzise steuern. Damit schaffen die Forschenden eine wichtige Grundlage für die skalierbare und industriekompatible Fertigung photonischer Quantenchips. Die Ergebnisse wurden Anfang Juni 2026 in der Fachzeitschrift Light: Science & Applications veröffentlicht.
Bei dem im Paper beschriebenen Verfahren wird die Position der Quantenpunkte bereits während des Kristallwachstums festgelegt. Anschließend werden sie direkt in nanophotonische Resonatoren integriert, die das emittierte Licht besonders effizient koppeln und für Anwendungen in den Quantentechnologien nutzbar machen. Mit diesem Ansatz erreichten die Forschenden eine außergewöhnlich hohe Reproduzierbarkeit, wie sie in der halbleiterbasierten Quantenphotonik bislang nur selten erzielt wurde. Darüber hinaus kombinierten sie bildgebende, spektroskopische und quantenoptische Messverfahren mit numerischen Simulationen, um den Einfluss kleinster Positionsabweichungen auf die Leistungsfähigkeit der Bauelemente zu untersuchen. Die Ergebnisse liefern wichtige Leitlinien für die Entwicklung zukünftiger Quantenchips.
Indem die Quantenpunkte genau dort entstehen, wo sie später im photonischen Bauelement benötigt werden, ebnet das Verfahren den Weg von individuell gefertigten Labordemonstratoren hin zu einer skalierbaren, reproduzierbaren und industriell nutzbaren Herstellung optischer Quantenchips. Damit rückt die Serienfertigung photonischer Quantensysteme einen entscheidenden Schritt näher.
Quellennachweis: https://www.tu.berlin/news/pressemitteilung/tu-berlin-ebnet-weg-zur-serienfertigung-von-quantenchips
