Mehr Photonen für die Quantenkommunikation

Quanten­kommuni­kation basiert darauf, Licht in seiner kleinsten Einheit, dem Photon, zu verschicken. Um Einzel­photonen zu erzeugen, benutz man Quanten­punkte, winzige Halb­leiter­kristalle, die einfach in Chip-Bausteine integriert werden können. Mit Laserlicht lässt sich ein Quantenpunkt anregen und so ein Einzel­photon erzeugen. Doch das ist 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 im vergangenen Jahr eine neue Methode vorge­schlagen: das „Swing-up of quantum emitter population“-Schema. Diese SUPER-Schema nutzt zwei rotver­stimmte Laserpulse, also solche mit geringerer Energie als der Quantenpunkt-Übergang, um Einzel­photonen zu erzeugen. So wird das Filtern überflüssig und theoretisch können doppelt so viele Einzel­photonen erzeugen werden.

Einem Forscherteam aus Österreich und Deutschland gelang es jetzt, die Theorie in die Praxis umzusetzen. Um das Experiment zu realisieren, mussten die Forscher zwei verschiedene Laserpulse erzeugen. „Wir haben die zwei Laserpulse aus einem Puls hergestellt. Dafür haben wir ein spezielles Bauteil, einen räumlichen Licht­modulator, benutzt“, erklärt Yusuf Karli von der Uni Innsbruck. Das Experiment hat gezeigt, dass das SUPER-Schema sehr gut funktioniert und die Ergebnisse hervor­ragend mit den theoretischen Vorhersagen über­ein­stimmen. Damit haben die Forscher einen großen Schritt vorwärts gemacht im Bemühen, Quanten­kommu­ni­kation nicht nur im Labor, sondern für echte Anwendungen nutzbar zu machen.

U. Innsbruck / RK

Weitere Infos

• Originalveröffentlichung
  Y. Karli et al.: SUPER Scheme in Action: Experimental Demonstration of Red-Detuned Excitation of a Quantum Emitter. Nano Lett. 22, 6567 (2022); DOI: 10.1021/acs.nanolett.2c01783
• Photonik, Institut für Experimentalphysik, Universität Innsbruck, Österreich

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