Einzelne Photonen für ein neues Informationszeitalter
BMBF fördert die Entwicklung einer halbleiterbasierten Einzelphotonenquelle mit 1,6 Millionen Euro.
Für das Internet spielt die optische Datenübertragung mit Licht als Informationsträger eine entscheidende Rolle. In der konventionellen optischen Kommunikationstechnik werden die Bits durch helle Lichtimpulse aus vielen Tausenden Lichtquanten übertragen. Im Gegensatz dazu verwendet die neuartige Quanteninformationstechnologie nur einzelne Photonen als Informationsträger. In Verbindung mit quantenmechanischen Phänomenen ergeben sich hier revolutionäre Eigenschaften und Anwendungen wie beispielsweise eine abhörsichere Datenübertragung, weil das unerkannte „Abhören“ eines einzelnen Photons unmöglich ist.
Abb.: Schematische Darstellung der QSOURCE-Einzelphotonenquelle – einzelne Photonen (rot) werden durch elektrische Pulse in einem Quantenpunkt (grün) erzeugt und in eine Glasfaser eingekoppelt. (Bild: TUB, T. Heindel)
In dieser Technologie werden Einzelphotonenquellen eine zentrale Rolle spielen, die „auf Knopfdruck“ einzelne Photonen emittieren. In dem Forschungsprojekt QSource entwickeln André Strittmatter und Kollegen vom Institut für Festkörperphysik der TU Berlinunter Leitung von Stephan Reitzenstein Einzelphotonenquellen auf Basis von besonderen nanostrukturierten Halbleitermaterialen. Das Herzstück der Quellen bilden Quantenpunkte, die sich durch industrienahe Epitaxieverfahren herstellen lassen. Diese wenigen Nanometer großen kristallinen Strukturen lokalisieren Ladungsträger auf engstem Raum und besitzen daher besonders günstige physikalische Eigenschaften, um mit hoher Wiederholungsrate nach jedem elektrischen Impuls genau ein Photon auszusenden. Solche Halbleiter-Einzelphotonenquellen lassen sich vergleichsweise kostengünstig in großer Stückzahl herstellen und über Glasfasern in die bestehende Internet-Infrastruktur einbetten.
Das Bundesministerium für Bildung und Forschung finanziert das Projekt mit 1,6 Millionen Euro über drei Jahre im Rahmen der Fördermaßnahme „Validierung des Innovationspotenzials wissenschaftlicher Forschung“, kurz VIP. Das QSource-Vorhaben bewertet einen von der TU Berlin entwickelten und patentierten Ansatz, der die industrienahe Herstellung dieser Quantenlichtquellen ermöglichen soll. Im Erfolgsfall würde der Ansatz die Produktion von einfach nutzbaren Einzelphotonenquellen erlauben, was den Einzug der Quantentechnologie in die moderne Informationsgesellschaft erheblich begünstigen könnte.
TUB / OD
