Neue Methode erzeugt nahezu ununterscheidbare Photonen

Insider-Bericht

• Forscher verbesserten die Ähnlichkeit von Photonen, die durch Halbleiter-Quantenpunkte erzeugt werden, und brachten damit Lichtquellen für die Quantenkommunikation und Informationsverarbeitung voran.
• Ein optischer Resonator steuerte und beschleunigte die Photonenemission und erhöhte die Ununterscheidbarkeit der Photonen von 60 % auf 90 %.
• Die Forscher fanden heraus, dass der Resonator auch die Photonenreinheit verbessern kann, wobei verbleibende Grenzen mit Vibrationen im Kristallgitter des Halbleiters zusammenhängen.

PRESSEMITTEILUNG — In enger Zusammenarbeit haben Forscher der Paderborn University, der University of Basel und der Ruhr University Bochum einen bedeutenden Durchbruch auf dem Gebiet der Quantenkommunikation erzielt. In ihrer kürzlich in der renommierten Fachzeitschrift Physical Review Letters veröffentlichten Arbeit zeigen sie, wie spezielle Halbleiter-Nanostrukturen genutzt werden können, um einzelne Photonen und Photonenpaare zu erzeugen, die fast vollkommen identisch sind. Diese „ununterscheidbaren“ Teilchen bilden die Grundlage für Quantenverschränkung und Quanteninterferenz.

Biexcitonen-Zerfall

In der Quanteninformationsverarbeitung sind Photonen die idealen Informationsträger. Um diese Lichtteilchen jedoch für komplexe Berechnungen nutzen zu können, müssen sie exakt die gleichen Eigenschaften besitzen – ein Aspekt, der als „Ununterscheidbarkeit“ bezeichnet wird. Bisher litten solche Quellen darunter, dass die erzeugten Photonen zeitlich korreliert oder unscharf waren, was ihre Ununterscheidbarkeit und damit ihre Qualität stark verringerte. Ein Team von Doktoranden aus Basel und Paderborn hat dieses Problem nun mit einem Prozess gelöst, der als „Biexcitonen-Zerfall“ in Halbleiter-Quantenpunkten innerhalb eines optischen Resonators bekannt ist.