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 - in dieser sehr komplexen Form an besondere Anforderungen geknüpften - Leistungen ist. Nur aufgrund dieser Alleinstellung kann die Universität Siegen objektiv den essentiellen Dienstbetrieb in der Hochtechnologieforschung der Hochschule mit allen seinen Bereichen und damit den Teil der Daseinsfürsorge des sich hierauf erstreckenden Bildungsauftrages aufrechterhalten - mithin wurde keine künstliche Einschränkung der Auftragsvergabeparameter vorgenommen und es 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). Ein Ziel des Projekts ist die Realisierung eines Quantenprozessors, der in der Lage ist, tiefe Quantenschaltkreise zu erzeugen. Eine Voraussetzung zur Realisierung tiefer Quantenschaltkreise ist das Herunterkühlen sowie das Aufrechterhalten einer Temperatur der verwendeten Ionen nahe dem absoluten Nullpunkt. Da gespeicherte Ionen sich mit der Zeit erwärmen, wodurch weitere Quantenoperationen fehleranfällig werden, ist es nötig, die gespeicherten Ionen auch während der Laufzeit des Quantenschaltkreises herunterzukühlen. Die im Projekt MIQRO zu erforschenden Kühlmethoden für gespeicherte Ionen in Quantenprozessoren erfordern verschiedene Laserlicht-Quellen.
Hierbei ergibt sich die Herausforderung, dass es während der Ausführung von Quantenschaltkreisen nötig ist, die Ionen, welche die Quanteninformation tragen, nicht mit Laserlicht zu beleuchten, da dies den internen Quantenzustand ändern würde. Ein Ausweg ist die Verwendung von hybriden Ionenkristallen, die aus Ionen zweier Elemente bestehen. Im MIQRO-Projekt wird Ytterbium als Ion verwendet, welches die Quanteninformation trägt und auf dem die Quantenschaltkreise ausgeführt werden. Das zweite Element, das für die Kühlung eingesetzt wird, ist Barium. Insbesondere die internen optischen Übergänge von Barium-Ionen unterscheiden sich von denen des Ytterbium-Ions. Dies erlaubt es, Barium-Ionen mittels Laserlicht zu kühlen, ohne gleichzeitig die Verarbeitung von Quanteninformation durch Ytterbium-Ionen zu stören. Über Die Coulomb-Wechselwirkung der Barium- und Ytterbium-Ionen werden die Ytterbium-Ionen dennoch mitgekühlt.
Für die Kühlung von Ba+ werden wir u. A. den Übergang zwischen dem S1/2-Niveau und dem D5/2-Niveau in 138Ba+ mit Laserlicht bei 1762 nm anregen. Zusätzlich ist die Anregung des Übergangs D5/2 - P3/2 mit Laserlicht bei 614 nm notwendig. Der hierfür anzuschaffende Laser muss präzise auf die Wellenlänge des atomaren Übergangs in 138Ba+ eingestellt werden. Dies wird durch das WS8-2 Wavemeter ermöglicht, welches die Wellenlänge misst und über eine Softwaresteuerung die Laserwellenlänge stabilisiert. So wird die Stabilisierung der Wellenlänge auf relativ langen Zeitskalen möglich.
Um das Laserlicht auf kurzen Zeitskalen in seiner Intensität und Wellenlänge zu modulieren, sind schnelle aktive optische Elemente in entsprechenden Laser-Modulations-Aufbauten erforderlich. Diese sogenannten Light Processing Units (LPUs) bestehen aus Freistrahloptik sowie aktiven und passiven optischen Komponenten. Die Stabilität der LPUs ist entscheidend für den Erfolg des Experiments. Aufgrund baulicher Limitierungen müssen die LPUs in die bereits vorhandenen Racksysteme integriert werden. Von entscheidender Bedeutung ist hierbei deren mechanische Stabilität.
Aufgrund der baulichen Gegebenheiten ist es ebenfalls nötig, die Lichtwellenleiter, welche die LPUs für Yb+ und Ba+ mit dem Experiment verbinden, zu verlängern. Hierbei ist es insbesondere wichtig, dass die Leistungsverluste der optischen Signalübertragung sowie die Fluktuationen der Polarisationsrichtung minimal sind. Dies kann durch die Wahl entsprechend maßgefertigter Lichtwellenleiter erreicht werden, die zu den vorhandenen Lasersystemen und LPUs passen müssen.
Eine Grundvoraussetzung, um mit gespeicherten Ionen arbeiten zu können, ist die Ionisierung der verwendeten Neutralatome, sodass die Ionen in geeigneten Fallen gespeichert werden können. Hierzu ist es nötig, Laserlicht zu verwenden, welches energiereich genug ist, um ein Elektron des Neutralatoms über die Ionisationsschwelle anzuregen. Typischerweise sind diese Ionisationsprozesse ineffizient, d. h., es werden viele Neutralatome benötigt, um wenige Ionen zu erzeugen und es ist notwendig permanent einen Strom von Neutralatomen zu erzeugen. Da im MIQRO-Projekt mikrostrukturierte Ionenfallen zum Einsatz kommen, ist dieser Strom an Neutralatomen problematisch. Nicht ionisierte Atome lagern sich auf der Fallenapparatur ab, was die Langzeitstabilität experimenteller Parameter beeinträchtigt und im Extremfall einen Kurzschluss in der Ionenfalle erzeugen kann.
Bei den hier zu beschaffenden Lasersystemen, dem Wavemeter, den optischen sowie opto-mechanischen Komponenten handelt es sich lediglich um eine Erweiterung des bereits bestehenden, hochkomplexen experimentellen Aufbaus.
Von entscheidender Bedeutung sind hier zum Einen die baulichen Einschränkungen der Laborräume, denen nur durch die Integration von weiteren TOPTICA-Komponenten gerecht zu werden ist. Dies betrifft die Kompatibilität der LPUs mit den bereits vorhandenen Racksystemen und Lichtwellenleitern. Zum Andern ist die Kompatibilität der Lasersysteme und Wavemeter mit der bereits während des Forschungsprojekts aufwändig erstellten Computersteuerung aller experimentellen Prozesse notwendig. Die Computersteuerung des experimentellen Aufbaus für das MIQRO-Projekt ist darauf ausgelegt, Lasersysteme und Wavemeter der Fa. TOPTICA zu steuern.
Die Firma TOPTICA ist insoweit der definitiv einzige mögliche Lieferant für die Erweiterung der Lasersysteme.