Universität Basel - 07.09.2015
Basler Forscher entwickeln ideale Einzelphotonenquelle
Physiker der Universität Basel haben mithilfe eines Halbleiter-Quantenpunktes eine neuartige Lichtquelle entwickelt, die einzelne Photonen aussendet. Erstmals ist es den Forschern gelungen, einen Strom identischer Photonen zu erzeugen. Dies berichten sie zusammen mit Kollegen der Universität Bochum in der Fachzeitschrift «Nature Communications».
Bild eines Halbleiter-Quantenpunktes der einen Zug einzelner und
identischer Photonen emittiert.
Abbildung: © Universität Basel
Eine Einzelphotonenquelle sendet nie zwei oder mehr Photonen gleichzeitig
aus. Wichtig sind einzelne Photonen in der Quanteninformationstechnologie,
die beispielsweise im Quantencomputer Anwendung findet. Neben Helligkeit
und Robustheit der Lichtquelle ist vor allem die Ununterscheidbarkeit der
Photonen entscheidend. Das bedeutet insbesondere, dass alle Photonen die
gleiche Farbe haben müssen. Eine solche Quelle von identischen
Einzelphotonen zu realisieren, gestaltete sich bisher als sehr
anspruchsvoll.
Vielversprechende Kandidaten für eine solche Einzelphotonenquelle sind sogenannte Quantenpunkte aus Halbleitermaterialien. Ein Quantenpunkt ist eine Ansammlung von wenigen Hunderttausend Atomen, die sich unter bestimmten Bedingungen in einem Halbleiter selbstständig formiert. Einzelne Elektronen können in solchen Quantenpunkten eingefangen und auf engstem Raum eingeschlossen werden. Das Aussenden eines einzelnen Photons erfolgt beim Zerfall eines angeregten Quantenzustandes.
Ein Team von Wissenschaftlern um Dr. Andreas Kuhlmann und Prof. Richard J. Warburton von der Universität Basel konnten bereits in vorangegangen Veröffentlichungen zeigen, dass die Ununterscheidbarkeit der Photonen durch fluktuierende Kernspins der Atome des Quantenpunktes reduziert wird. Nun ist es ihnen erstmals gelungen die Kernspins so zu kontrollieren, dass selbst Photonen, die mit sehr grossem zeitlichem Abstand ausgesandt wurden, die gleiche Farbe aufweisen.
Einzelphotonenquellen könnten Anwendung in der Quantenkryptographie und Quantenkommunikation finden - Technologien, durch die Berechnungen möglich wären, die für heutige Computer unmöglich sind.
Die Studie wurde durch den Nationalen Forschungsschwerpunkt «QSIT - Quantenwissenschaften und -technologie» unterstützt, an dem die Universität Basel als Co-Leading House beteiligt ist.
Originalbeitrag
Andreas V. Kuhlmann, Jonathan H. Prechtel, Julien Houel, Arne Ludwig, Dirk
Reuter, Andreas D. Wieck, und Richard J. Warburton
Transform-limited single photons from a single quantum dot
Nature Communications 6:8204 (2015)
DOI: 10.1038/ncomms9204
Kontaktdaten zum Absender der Pressemitteilung unter:
http://idw-online.de/de/institution74
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Quelle:
Informationsdienst Wissenschaft e. V. - idw - Pressemitteilung
Universität Basel, Yannik Sprecher, 07.09.2015
WWW: http://idw-online.de
E-Mail: service@idw-online.de
veröffentlicht im Schattenblick zum 9. September 2015
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