13 Dez Photonen sortieren mit Höchstgeschwindigkeit
Einem deutsch-spanischen Forscherteam ist es gelungen, einzelne Photonen auf einem Chip mithilfe von Schallwellen gezielt zwischen zwei Ausgängen mit Gigahertzfrequenzen hin und her zu schalten. Die Methode soll nun für akustische Quantentechnologien oder für komplexe, integrierte photonische Netzwerke angewandt werden.
Quantenpunkte und Nanoschallwellen
Die Forscher entwickelten einen Chip mit Wellenleitern und Quantenpunkten – den Quantenlichtquellen. Dr. Matthias Weiß von der Universität Münster, der die optischen Experimente durchführte, erläutert: „In unserem Chip sind die Quantenpunkte mit eingebaut und wir müssen einzelne Photonen nicht erst kompliziert mit einer anderen Quelle erzeugen und mit den Wellenleitern koppeln.“ Mithilfe der Nanoschallwellen sei es möglich, die direkt auf dem Chip erzeugten Photonen mit vorher nicht erreichter Geschwindigkeit während ihrer Ausbreitung in den Wellenleitern zwischen zwei Ausgängen hin und her zu schalten, erklären die Wissenschaftler. „Wir arbeiten bereits mit Hochdruck daran, unseren Chip zu erweitern, um den Quantenzustand der Photonen beliebig programmieren zu können oder sogar mehrere Photonen mit unterschiedlichen Farben zwischen vier oder mehr Ausgängen zu sortieren“, blickt Dr. Mauricio de Lima von der Universität Valencia in die Zukunft. Eine einzigartige Stärke der Nanoschallwellen komme hier der Methode zugute: „Da diese sich nahezu verlustfrei auf der Chipoberfläche ausbreiten, können wir elegant fast beliebig viele Wellenleiter mit einer einzigen Welle hochpräzise kontrollieren“, ergänzt Professor Hubert Krenner vom Physikalischen Institut der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster.
Die Europäische Union hat die Forschungsarbeiten im Doktorandenkolleg ITN Sawtrain im Zuge des Rahmenprogramms ‚Horizon 2020‘ (Marie-Skłodowska-Curie Grant Agreement 642688) gefördert.
Originalpublikation:
[Dominik D. Bühler, Matthias Weiß, Antonio Crespo-Poveda, Emeline D. S. Nysten, Jonathan J. Finley, Kai Müller, Paulo V. Santos, Mauricio M. de Lima Jr., H. J. Krenner (2022): On-chip generation and dynamic piezo-optomechanical rotation of single photons. Nature Communications 13, Article number: 6998; DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-022-34372-9]
Quelle: www.uni-muenster.de
Bild: Dominik Bühler
