Einzelphotonen von höchster Qualität
Neues Verfahren zur Herstellung einer hocheffizienten Einzelphotonen-Quelle für die Quantenkommunikation.
Ein neuartiges Herstellungsverfahren für effiziente Einzelphotonen-Quellen mit höchster quantenoptischer Qualität haben Stephan Reitzenstein von der TU Berlin und seine Mitarbeiter entwickelt. Das Forscherteam setzt hierbei eine weltweit einzigartige Strukturierungstechnik ein, um einzelne lichtemittierende Quantenpunkte gezielt und mit hoher Präzision in nanophotonische Bauelemente zu integrieren.
Abb.: Schematische Darstellung der Einzelphotonen-Quelle auf Basis einer Quantenpunkt-Mikrolinse. Der Bragg-Reflektor im unteren Bereich (hellgrau-dunkelgraue Schichtabfolge) sorgt für eine effiziente Rückreflektion von nach unten emittierten Photonen. (Bild: TU Berlin)
Die hergestellten Einzelphotonen-Quellen nutzen den Fokussiereffekt von deterministisch hergestellten winzigen Mikrolinsen, um die Photonen-Emissionsraten der Quantenpunkt-Halbleiterstrukturen erheblich zu steigern. Dabei weisen die Quantenpunkt-Mikrolinsenstrukturen alle quantenoptischen Voraussetzungen auf, um die anspruchsvollen Anforderungen der Quantenkommunikations-Technologien zu erfüllen. Das ist von besonderer Bedeutung, da viele andere Ansätze nur Teilaspekte davon bedienen.
Die Arbeiten wurden im Rahmen des Sonderforschungsbereiches SFB 787 „Halbleiter-Nanophotonik“, dessen Sprecherhochschule die TU Berlin ist, in Kooperation mit Wissenschaftlern am Konrad-Zuse Institut Berlin durchgeführt. Für die Herstellung der Einzelphotonenemitter kam dabei eine neu entwickelte und weltweit einzigartige Strukturierungstechnik zum Einsatz, die bei kryogenen Temperaturen arbeitet und spektroskopische Untersuchungsmethoden mit Elektronenstrahl-Lithografie in einem Schritt mit Nanometer-Genauigkeit vereint.
Optische Quantenkommunikations-Technologien stellen eine zukunftsweisende Weiterentwicklung der konventionellen optischen Übertragungstechniken dar. Im hochaktuellen Bereich der Quantenkryptografie versprechen sie eine inhärent sichere Datenübertragung durch die Nutzung grundlegender quantenmechanischer Gesetzmäßigkeiten. Dazu müssen insbesondere konventionelle Lichtquellen, wie zum Beispiel Leuchtdioden oder Laser, durch hochoptimierte Einzelphotonen-Quellen ersetzt werden.
TUB / RK
