Beschaffung eines Lasersystems zur Kühlung gemischter Ionenkristalle

Beschaffung eines Lasersystems zur Kühlung gemischter Ionenkristalle im Rahmen einer BMBF-Projektierung. Es sollen Forschungsarbeiten für einen neuartigen Quantencomputer durchgeführt werden. Dieser wird auf Ionenkristallen, zusammengesetzt sowohl aus Ytterbium- als auch BariumIonen, beruhen. Bei dem geplanten Verfahren sind so Laser mit den für diese beiden Ionensorten erforderlichen Wellenlängen beteiligt.

Hauptort der Ausführung: Universität Siegen Fakultät IV – Department Physik Lehrstuhl für Quantenoptik Prof. Dr. Christof Wunderlich Walter-Flex-Straße 3 57072 Siegen

Beschaffung eines Lasersystem zur Kühlung gemischter Ionenkristalle

Es sollen Forschungsarbeiten für einen neuartigen Quantencomputer durchgeführt werden. Dieser wird auf Ionenkristallen, zusammengesetzt sowohl aus Ytterbium- als auch Barium-Ionen, beruhen. Bei dem geplanten Verfahren sind so Laser mit den für diese beiden Ionensorten erforderlichen Wellenlängen beteiligt. Besonders wichtige Anforderungen für den Erfolg der geplanten Forschungsarbeiten sind die relative Genauigkeit des Abstandes der Barium (Ba)-Wellenlängen 493 nm und 650 nm sowie die Stabilität und Schmalbandigkeit der 1 762 nm Ba-Linie. Die Komplexität des Lasersystems sowie die technischen Anforderungen erfordern elektronik- und softwareseitig ein monolithisches oder zumindest hochgradig aufeinander abgestimmtes System – ein Gesamtsystem aus Komponenten verschiedener Anbieter ohne zuvor bereits erfolgte Integration ist im Rahmen dieses Projekts nicht handhabbar und daher ausgeschlossen.

Die relativen und absoluten Stabilitäten der einzelnen Laserwellenlängen werden maßgeblich von den Rauscheigenschaften der Laser-Kontrollelektronik und der Qualität der Stabilisierung auf die gemeinsame Referenz, so wie der Referenz selber, beeinflusst. Elektronikkomponenten müssen deshalb bestmögliche Rauscheigenschaften aufweisen. Aufgrund der vielen erforderlichen Wellenlängen und somit der Vielzahl der beteiligten Laser ist darüber hinaus einem möglichst perfekten Zusammenspiel von Kontroll-Elektronik und –Software höchste Priorität einzuräumen. Idealerweise wird, soweit wie nur irgendwie möglich, auf elektronische Regelschleifen und das damit einhergehende charakteristische elektronische Rauschen verzichtet.

Mit der Digitalisierung von Elektronik können die Rauschquellen deutlich reduziert werden. Die Verknüpfung von mehreren Elektroniken wird so deutlich vereinfacht, und die Einführung einer zuverlässigen Fernsteuerung der Einzelkomponenten durch eine zentrale Kontrolleinheit ermöglicht. Laserkontrolleinheiten auf Basis von Digitalelektronik sollten deshalb bevorzugt eingesetzt werden. Bei komplexen Gesamtsystemen ist außerdem unbedingt die problemlose Kommunikation der einzelnen Kontrolleinheiten untereinander sicherzustellen. Vor dem Hintergrund von minimiertem Aufwand für Gerätesteuerung und effizientem Arbeiten im Labor ist insbesondere auf eine zentrale Steuerung aller Einzelkomponenten zu achten.

Für die Stabilisierung einzelner Laser auf eine gemeinsame hochpräzise Referenz werden typischerweise sogenannte Frequenzkämme verwendet. Dabei ist die Kontrolle der Carrier Envelope Offset Frequenz fceo eine der größten Herausforderungen und essentiell für die Übertragung der Stabilität der Referenz auf die einzelnen Wellenlängen. Die im Standardverfahren (f-2f) verwendete Regelschleife führt zu einem zusätzlichen Eintrag von Rauschen auf die Stabilisierung des Frequenzkamms und somit auch auf den relativen Abstand der Wellenlängen zueinander sowie der Stabilität und Schmalbandigkeit von Einzellaserlinien, z. B. durch Konversion von Amplituden – zu Phasenrauschen an der verwendeten Photodiode. Im Gegensatz zu früheren Verfahren wird in neueren Ansätzen auf Regelelektronik für die Stabilisierung von fceo verzichtet. Stattdessen wird das physikalische Prinzip der Differenzfrequenzerzeugung genutzt, wodurch fceo durch inhärente, ausschließlich optische Prozesse eliminiert wird und somit elektronische Kontrollschleifen entfallen können. Die Verwendung eines Intra-Cavity-EOMs bei 1 762 nm soll darüber hinaus Resonanzen des Regelkreises in Frequenzbänder weit oberhalb der Fallenfrequenzen verschieben.

Erläuterung:

Der Auftrag ist gem. Art. 32 Abs. 1 i. V. m. Abs. 2 lit b) ii) RL 2014/24/EU (§ 14 Abs. 4 Nr. 2 lit. b VGV) im Verhandlungsverfahren ohne vorherige Bekanntmachung zu vergeben, da der Auftragnehmer alleiniger Lieferant der vertragsgegenständlichen Leistungen ist. Beabsichtigt ist die Beschaffung eines Lasersystems zur Kühlung gemischter Ionenkristalle bei dem benannten Unternehmer aufgrund folgender Umstände:

Die Toptica Photonics AG bietet die für die geplanten Experimente und Entwicklungen erforderlichen Laser ebenso wie den Frequenzkamm mit digitaler Kontrollelektronik an. Die digitale Kontrollelektronik der Laser und des Frequenzkamms werden von einer übergeordneten und einheitlichen Software-Kontrollplattform gesteuert. Die SW-Plattform erlaubt insbesondere eine zentrale Fernsteuerung sowohl des Frequenzkammes als auch der Wellenlänge der cw-Laser. Die Carrier Envelope Offset Frequenz fceo des Toptica Frequenzkamms wird durch das Prinzip der Differenzfrequenzerzeugung durch die Gesetze der optischen Physik (anstatt zusätzlicher rauschbehafteter Elektronik) eliminiert.

Die Gesamtlösung der Toptica Photonics AG beinhaltet also einen Frequenzkamm auf Basis der Differenzfrequenzerzeugung, alle erforderlichen Lasersysteme, deren Stabilisierung sowie eine einheitliche SW-Kontrollplattform. Die Lösung erfüllt somit die Anforderungen in allen Punkten und bietet eine essentielle Voraussetzung für den Erfolg der geplanten Experimente und Entwicklungen. Sie ist patentrechtlich geschützt (Patent-Nr. DE102004022037) und somit einmalig am Markt.

In Abgrenzung zu anderen Spartenmarktteilnehmern hat der Auftragnehmer mit Blick auf das kumulative Vorliegen der unabdingbar erforderlichen wissenschaftlich-technischen Spezifika eine hinreichende Alleinstellung inne. Nur aufgrund dieser Alleinstellung kann die Universität Siegen objektiv die im Rahmen der BMBF-Projektierung bewilligten speziellen wissenschaftlichen Forschungsarbeiten anforderungsgerecht ausführen – mithin wurde keine künstliche Einschränkung der Auftragsvergabeparameter vorgenommen und des gibt keine vernünftige Alternative oder Ersatzlösung i. S. v. Art. 32 Abs. 1 i. V. m. Abs. 2 lit b) Satz 2 RL 2014/24/EU (§ 14 Abs. 6 VGV).

— Das unter Ziff. V.2.1) angegebene Datum ist nicht das Datum des Vertragsschlusses, der Vertrag wird frühestens 10 Kalendertage nach Veröffentlichung dieser Bekanntmachung geschlossen werden (§ 135 Abs. 3, S. 1, Nr. 3 GWB).

Genaue Angaben zu den Fristen für die Einlegung von Rechtsbehelfen: