Forschung

Forschungsschwerpunkte: Quantenoptik, Eigenschaften von Licht, Quantenkommunikation, optische Bauelemente, Quantum Devices

Christine Silberhorn ist eine deutsche Physikerin. Schwerpunkt ihrer Forschung ist die experimentelle Quantenoptik. Sie erforscht Licht und seine speziellen Eigenschaften. Mit ihrer Arbeitsgruppe hat sie charakteristische Quanteneigenschaften nachgewiesen. Außerdem entwickelt sie optische Systeme für Anwendungen in der Quantentechnologie. Mit ihrer Forschung trägt sie zum Verständnis der Quantentheorie und der Entwicklung neuer Quantenbauelemente bei.

Viele technische Entwicklungen wären ohne Quantenphysik nicht möglich. Quantenmechanische Prinzipien spielen bei Navigationssystemen, Lasern, Internet und Mobilfunk eine wichtige Rolle. Die Quantenoptik wiederum erforscht Licht, seine Eigenschaften und die Wechselwirkung von Licht und Materie. Licht besitzt Wellen- und Quanteneigenschaften. Christine Silberhorn erforscht die Quanteneigenschaften von Licht und bringt sie mit der Wellennatur in Verbindung. Mit ihrer Arbeitsgruppe konnte sie in einem der weltweit ersten Experimente verschränkte Zustände (Quantenkorrelationen) im Wellensystem des Lichts demonstrieren und so das gleichzeitige Vorhandensein des Teilchen- und Wellencharakters nachweisen (Einstein-Podolsky-Rosen-Zustände). Bei verschränkten Zuständen kann sich ein Teilchen nicht ändern, ohne dass sich auch das zweite ändert. Erkenntnisse aus der Quantenoptik fließen in quantentechnische Entwicklungen.

Mit anderen Forschern entwickelte Christine Silberhorn Detektoren, die in einem Lichtpuls die Zahl der Photonen zählen können. Die Lichtteilchen wiederum können codiert und als Informationsträger genutzt werden. Quanteninformationen können sicher und effizient von einem Computer zum nächsten übertragen werden. Sie können nicht kopiert werden, denn sobald der zweite Computer die Daten gelesen hat, wird die ursprüngliche „Nachricht“ auf dem Lichtteilchen zerstört. Die Übertragung von Information durch Verschicken einzelner Lichtteilchen durch die Luft oder Glasfasern (Quantenkommunikation) stellt eine neue Qualität in der Übertragungssicherheit dar.

Um ihre Forschung voranzubringen, entwickelt Christine Silberhorn mit ihrer Gruppe optische Bauelemente (Quantum Devices) für einzelne Photonen und Photonenpaare. Diese sind die Basis für die meisten quantenoptischen Experimente. Zudem untersucht sie „Quantum Walks“, die den Energietransport in biologischen Systemen beschreiben können und Erkenntnisse über Transporteigenschaften von Quantensystemen liefern. Für ihre Arbeit wurde sie 2011 als jüngste Wissenschaftlerin mit dem Leibniz-Preis der DFG ausgezeichnet. 2019 gelang ihrer Forschungsgruppe der Nachweis des Hong-Ou-Mandel Effekts (HOM-Effekt). Darunter versteht man die quantenmechanische Interferenz zweier Photonen.

Werdegang

• seit 2010 Professorin für Angewandte Physik, Integrierte Quantenoptik, Universität Paderborn
• 2009-2010 Leiterin einer selbständigen Max-Planck-Forschungsgruppe, Integrierte Quantenoptik, Max-Planck-Institut für die Physik des Lichts, Erlangen
• 2008 Habilitation an der Universität Erlangen-Nürnberg
• 2005-2008 Leiterin einer selbständigen Max-Planck Nachwuchsgruppe, Integrierte Quantenoptik, Max-Planck-Institut für Quantenoptik, Garching
• 2005 Wissenschaftliche Mitarbeiterin, Max-Planck Forschungsgruppe, Institut für Optik, Information und Photonik, Erlangen
• 2003-2004 Postdoktorandin an der University of Oxford und Junior Research Fellow des Wolfson College, Oxford, UK
• 2003 Promotion am Lehrstuhl für Optik, Universität Erlangen-Nürnberg
• 1999-2002 Wissenschaftliche Mitarbeiterin am Lehrstuhl für Optik an der Universität Erlangen-Nürnberg
• 1993-1999 Studium der Physik und Mathematik an der Universität Erlangen-Nürnberg

Funktionen

• seit 2023 Mitglied im Wissenschaftsrat
• 2015-2018 Vizepräsidentin für Forschung und wissenschaftlichen Nachwuchs an der Universität Paderborn
• 2007 Mitglied des Vorstands der Jungen Akademie

Projekte

• 2018-2021 DFG-SFB TRR 142 „Tailored nonlinear photonics: from fundamental concepts to functional structures”, darin die Teilprojekte: „Tailored KTP and LiNbO3 waveguide structures for counter-propagating parametric down-conversion processes”; „Engineered frequency conversion devices“; „Integrated SU (1,1) interferometers”
• 2017-2022 ERC Consolidator Grant, EU Horizon 2020, „QUPOPCORN: Quantum Particles on Programmable Complex Reconfigurable Networks“
• 2017-2020 DFG-Projekt „Integrated quantum light sources for continuous variable systems“
• 2015-2018 Partner im EU-Projekt, Horizon 2020, „QCUMbER: Quantum Controlled Ultrafast Multimode Entanglement and Measurement“
• 2015-2018 Partner im EU-Projekt, Horizon 2020, „QUCHIP: Quantum Simulation on a Photonic Chip“
• 2014-2017 DFG-SFB TRR 142 „Tailored nonlinear photonics: from fundamental concepts to functional structures“, darin die Teilprojekte: „Direct measurement of timefrequency shaped ultrafast quantum pulses from parametric down-conversion and up-conversion processes“; „Monolithic integration of a parametric down-conversion source and a two-photon interferometer“
• 2014-2018 BMBF-Projekt Q.com-Q: „Quantum Repeater“ – Teilprojekt „Development of monolithic KTP waveguides devices bridging the wavelengths between stationary and flying Qubits“
• 2013-2017 Partner in EU-Projekt, FP 7, „PICQUE: Photonic Integrated Compound Quantum Encoding“
• 2013-2016 DFG-Projekt „Time-multiplexed integrated optical pure single photon source“
• 2012-2017 DFG-Projekt „Entangled photon-pairs for applications in quantum communications“ im Rahmen der DFG-Forschergruppe 1464 „Micro- and Nanostructures in Optoelectronics and Photonics“
• 2010-2013 BMBF-Projekt QUOREP: „Quantum Repeater“ – Teilprojekt „Interconversion of multiphoton states between telecommunication and visible wavelengths“
• 2010-2013 Partner in EU-Projekt, FP7, „Q-ESSENCE: Quantum Interference, Sensors and Communication using Entanglement“
• 2009-2011 Partner in G.I.F (German-Israel Foundation)-Projekt „Quantum Random Walk“
• 2010-2013 Partner in EU-Projekt, FP 7, „CORNER: Correlated Noise Effects in Quantum Information Processing“
• 2005-2008 Partner in EU-Projekt, FP 6, „QAP: Qubit Applications“
• 2005-2011 Max-Planck-Nachwuchsgruppe
• 2005 Emmy Noether-Programm der DFG (abgelehnt, zugunsten der Max-Planck-Nachwuchsgruppe)

Auszeichnungen und Mitgliedschaften

• seit 2023 Mitglied von acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften
• seit 2020 Mitglied der Nordrhein-Westfälischen Akademie der Wissenschaften und Künste
• 2017 ERC Consolidator Grant
• 2015 Silber-Medaille für hervorragende internationale Kooperation, Tschechische Technische Universität Prag
• seit 2012 Mitglied der Nationalen Akademie der Wissenschaften Leopoldina
• 2011 Gottfried Wilhelm Leibniz-Preis der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG)
• 2008 Heinz Maier-Leibnitz Preis der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG)
• 2007 Ehrenplakette für Jungwissenschaftler der Stiftung Werner von Siemens-Ring
• 2007 Hertha Sponer-Preis der Deutschen Physikalischen Gesellschaft
• 2006 - 2011 Mitglied der Jungen Akademie