Optik-Design für eine skalierbare Anordnung optischer Pinzetten für das Quantum-Computing

Die Entwicklung der auf Neutralatome n basierenden Quantencomputerplattform hat in den letzten Jahren rasante Fortschritte gemacht. Der Ansatz basiert auf optischen Pinzetten und Rydberg-Gattern, dessen Skalierbarkeit einen deutlichen Vorteil gegenüber anderen Konzepten darstellt. Um dies zu demonstrieren, wurde am Fraunhofer ILT zusammen mit der Universität Stuttgart ein optisches System zur Erzeugung von 20 x 100 optischen Pinzetten entwickelt. Im ersten Teil des optischen Systems wird die Laser-Strahlung (592 nm) aus vier Singlemode-PC-Fasern auf 20 Kanäle aufgeteilt. Jeder Kanal enthält einen akusto-optischen Deflektor (AOD) zur Erzeugung einer Spalte von 100 Teilstrahlen. Die 20 Spalten werden über eine Spiegel-Kaskade räumlich zusammengeführt, so dass im Zwischenbild eine regelmäßige, telezentrische Anordnung von 2000 Laserspots erzeugt wird. Das Zwischenbild wird durch eine zweistufige, telezentrische Relay-Optik um den Faktor 50 verkleinert, so dass in der Vakuumkammer 20 x 100 regelmäßig angeordnete Laserspots mit 1,2 µm Durchmesser und 3,5 µm Abstand als optisches Pinzetten- bzw. als Rydberg-Atomfallen-Array genutzt werden können.