Einzelne Photonen nach Maß
Lasergesteuerte Kontrolle der Energie und Polarisation der Photonen geglückt.
Physiker der Universität Paderborn haben ein neuartiges Konzept zur Erzeugung einzelner Photonen mit maßgeschneiderten Eigenschaften entwickelt. Deren gezielte Manipulation gehört zu den wichtigsten Schlüsselelementen für photonische Quantentechnologien. „Entsprechende Quellen basieren meist auf Lichtemission aus einzelnen Halbleiter-Quantenemittern, die die Photonen erzeugen. Dabei werden die Eigenschaften der ausgesendeten Lichtteilchen durch die fixen Eigenschaften des Quantenemitters bestimmt, was einer flexiblen Steuerung im Wege steht“, sagt Artur Zrenner, Leiter der Arbeitsgruppe „Optoelektronik und Spektroskopie an Nanostrukturen“.
Um das Problem zu umgehen, haben die Wissenschaftler eine rein optische, nichtlineare Methode zur angepassten Steuerung der Einzelphotonenemission entwickelt. Auf der Grundlage dieses Konzepts demonstrieren sie die lasergesteuerte Kontrolle der Energie und Polarisation der Lichtquanten, also der Lichtfrequenz und Schwingungsrichtung der elektromagnetischen Wellen. „Wir haben einen lasergesteuerten Umwandlungsprozess aus einem angeregten Zustand des Halbleiter-Quantenemitters in einen virtuellen Zwischenzustand erzeugt, aus dem dann die Emission der einzelnen Lichtquanten erfolgte“, sagt Physiker Stefan Schumacher.
Die Ergebnisse markieren laut Zrenner einen wichtigen Schritt in Richtung maßgeschneiderter Einzelphotonen aus einem photonischen Quantensystem, das auf quantenoptischen Prinzipien beruht. An der Forschung waren verschiedene Wissenschaftler des Sonderforschungsbereichs SFB – Transregio TRR 142 – Maßgeschneiderte nichtlineare Photonik: Von grundlegenden Konzepten zu funktionellen Strukturen – der Universität Paderborn beteiligt. Bei dem TRR erforschen sie die Grundlagen der Photonik und Quantenoptik, um im Bereich der Informations- und Kommunikationstechnologie neue Wege zu beschreiten.
U. Paderborn / JOL
