Forskningsprojektets videnskabelige titel

Nonlinear Photonic Devices for Quantum Networks

Forskningsinstitution

Danmarks Tekniske Universitet

Faculty of Electrical Engineering and Computer Science, Center for Research Laboratory of Electronics, Massachusetts Institute of Technology

Fagområde

Quantum Optics

Kontaktinfo

Email: mrheuck@gmail.com

Forskningsleder

Mikkel Heuck

Postdoc

Projekttitel

Ikke-lineære optiske komponenter til kvantenetværk

Hvad handler dit projekt om?

Informationen i de videoer, du ser på internettet, er digitaliseret ved hjælp af en lang række 0’er og 1’er, som er repræsenteret i form af lyspulser, der strømmer gennem fiberkabler under jorden. Hver puls består af millioner af lysets mindste bestanddele - fotoner. Forskere drømmer om et netværk i stil med internettet, men som er i stand til at overføre kvantemekanisk information i form af lyspulser, som kun indeholder en enkelt foton. Dette vil muliggøre applikationer såsom kommunikation med ubrydelig kryptering og fremskynde udviklingen af kraftfulde kvantecomputere, som vil kunne løse hidtil uløselige problemer inden for f.eks. udvikling af ny medicin. Formålet med dette projekt er at udvikle komponenter til sådanne kvantenetværk baseret på integrerede optiske kredsløb. Helt fundamentalt for udviklingen af kvantenetværk er evnen til at manipulere fotonernes egenskaber såsom deres farve og pulsform. Nyskabelsen i projektet består i høj grad af den måde vores komponenter kan manipulere fotoner ved at lade dem vekselvirke med intense og kontrollerbare laserpulser i mikroskopiske kaviteter. Integrerede optiske kredsløb kan indeholde tusindvis af disse kaviteter, hvilket gør det muligt at behandle store mængder kvantemekanisk information på en gang. Projektet indeholder også teoretiske analyser af, hvordan de kontrollerbare kaviteter vil kunne bruges til at “reparere” den kvantemekaniske tilstand af fotonerne, hvis de skulle have været udsat for utilsigtede støjkilder.

Hvordan opstod din interesse for dit forskningsfelt?

Min interesse i kvanteinformation of ikke-lineær optik har gradvist udviklet sig siden jeg begyndte på DTU. Jeg kan huske at være meget fascineret af et seminar om optiske båndgabsfibre på et af de første semestre. Siden begyndelsen af min PhD har jeg særligt været optaget af udforskningen af grænserne for, hvor lav lysintensiteten kan gøres samtidig med, at man kan observere ikke-lineære effekter. Den ekstreme grænse af dette er, når to fotoner kan vekselvirke via det ikke-lineære respons fra materialer. Denne ultimative grænse førte mig naturligt til at interessere mig for kvanteoptik og kvanteteknologi generelt.

Hvad er de forskningsmæssige udfordringer og perspektiver ved dit projekt?

Det er en stor udfordring at manipulere med en fotons egenskaber uden at miste noget af den information, som den bærer. Der er mange støjkilder, som kan bidrage til at ødelægge kvaliteten af denne information, og fotoner er svære at fastholde præcis der, hvor man skal bruge dem. Men når det lykkes, så muliggør det at sende kvantemekanisk information over de samme fibernetværk, som i dag bruges til internettrafik. Det vil så være muligt at forbinde kvantecomputere ligesom supercomputere i dag består af mange forbundne mindre computere. Samtidig muliggør et kvantenetværk, at man kan kommunikere via netværket og samtidig være helt sikker på, at ingen lytter med.

Hvilke perspektiver vurderer du selv, at din forskning på sigt kan have for det omgivende samfund?

Da man først begyndte at forbinde computere, så de kunne kommunikere med hinanden, var der nok ingen, som havde forestillet sig, hvor omsiggribende og indflydelsesrigt internettet ville blive. Med hensyn til et fremtidigt “kvanteinternet” har vi på nuværende tidspunkt nogle konkrete applikationer i tankerne, men jeg er ikke i tvivl om, at vi også her vil blive forbavsede om nogle årtier. Datasikkerhed er allerede et ekstremt vigtigt emne både teknologisk og politisk. Kvantecomputere og kvantekommunikation vil åbne nye muligheder og også udfordringer i den forbindelse. Når kvantecomputere bliver tilstrækkelig kraftfulde og præcise, vil de udgøre et nyt redskab i en lang række felter som f.eks. kemi, biologi, og farmakologi.

Hvad vil det betyde for din forskerkarriere, at du indgår i Sapere Aude-programmet?

Bevillingen fra Det Frie Forskningsråd betyder først og fremmest, at jeg kan bringe min forskning med hjem til Danmark fra USA, hvor jeg arbejder i dag. Det har altid været min hensigt at flytte hjem til Danmark og bidrage til forskning og uddannelse inden for kvanteteknologi. Bevillingen betyder også, at jeg får mulighed for at starte min egen gruppe og markere mig mere tydeligt i det internationale forskningsmiljø.

Lidt om mennesket bag forskeren

Når jeg ikke arbejder, så forsøger jeg at tilbringe så meget tid som muligt med venner og familie. Mine studier og forskning har taget mig mange interessante steder hen, så det at besøge venner falder ofte belejligt sammen med at besøge nye eller velkendte steder rundt omkring i verden. Jeg nyder især at rejse til bjergrige egne i Skandinavien, alperne, eller Nordamerika for at stå på ski. Selvom jeg er glad for at rejse, så noget af det bedste jeg ved, at få en kop kaffe med en kammerat i mit nabolag på Nørrebro i København.

Bopælskommune

Boston

Gymnasium

Haderslev Gymnasium