Technologieforum Laser Photonik

Ein neuer Ansatz für die Erzeugung von Einzelphotonen soll die Informationsrate in zukünftigen Quantenkommunikationsnetzwerken verdoppeln. „Ein Versprechen der Quantenkommunikation ist es, Informationen sicher austauschen zu können“, erklärt Gregor Weihs, Leiter des Instituts für Experimentalphysik an der Universität Innsbruck, der zusammen mit Forschern aus Bayreuth, Dortmund, Münster und Linz die Methode entwickelt hat. Quantenkommunikation basiert darauf, Licht in seiner kleinsten Einheit, dem Photon, zu verschicken. Um Einzelphotonen zu erzeugen, benutzen die Wissenschaftler Quantenpunkte. „Das sind winzige Halbleiterkristalle, die einfach in Chip-Bausteine integriert werden können“, erklärt Armando Rastelli vom Institut für Halbleiter- und Festkörperphysik der Johannes Kepler Universität Linz.

Rotverstimmte Laserpulse

Mit Laserlicht kann man den Quantenpunkt anregen und so ein Einzelphoton erzeugen. Dies ist aber knifflig: Wenn das Laserlicht die gleiche Wellenlänge wie das erzeugte Einzelphoton hat, ist eine komplizierte Filtertechnik nötig. Dabei gehen mindestens die Hälfte der erzeugten Photonen wieder verloren. Um dieses Problem zu überwinden, wurde die neue Methode vorgeschlagen: das Swing-Up-of-Quantum-Emitter-Population-Schema, kurz: Super-Schema. Doris Reiter von der TU Dortmund erklärt: „Das Super-Schema nutzt zwei rotverstimmte Laserpulse, also solche mit geringerer Energie als der Quantenpunkt-Übergang, um Einzelphotonen zu erzeugen.“ So soll das Filtern überflüssig werden und sich theoretisch doppelt so viele Einzelphotonen erzeugen lassen.

Erfolgreiche Umsetzung

Für das Experiment mussten die Forscher zwei verschiedene Laserpulse erzeugen. „Wir haben die zwei Laserpulse aus einem Puls hergestellt“, erklärt Yusuf Karli, Forscher an der Universität Innsbruck. „Dafür haben wir ein spezielles Bauteil, einen räumlichen Lichtmodulator, benutzt.“ Das Experiment habe laut den Wissenschaftlern gezeigt, dass das Super-Schema sehr gut funktioniere und die Ergebnisse hervorragend mit den theoretischen Vorhersagen übereinstimmen würden.

Originalpublikation:
[Yusuf Karli, Florian Kappe, Vikas Remesh, Thomas K. Bracht, Julian Münzberg, Saimon Covre da Silva, Tim Seidelmann, Vollrath Martin Axt, Armando Rastelli, Doris E. Reiter und Gregor Weihs, Super Scheme in Action: Experimental Demonstration of Red-Detuned Excitation of a Quantum Emitter, Nano Lett. 2022. https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.2c01783]

Quelle: www.uibk.ac.at

Bild: Harald Ritsch