Quantenkontrolle mit Fernbedienung

Um die Eigenschaften der Quanten­physik techno­logisch nutzbar zu machen, müssen Quanten­teilchen und deren Wechsel­wirkung präzise kontrol­liert werden. Dies geschieht in vielen Fällen mit Licht. Wissen­schaftler der Universität Innsbruck und des Instituts für Quanten­optik und Quanten­information der Öster­reichischen Akademie der Wissen­schaften haben jetzt eine Methode entwickelt, mit der Quanten­emitter mit Hilfe von speziellen Licht­pulsen einzeln angesteuert werden können.

„Es ist nicht nur wichtig den Zustand einzelner Quanten­emitter kontrol­lieren und auslesen zu können, sagt Gruppen­leiter Oriol Romero-Isart, „sondern auch das System dabei möglichst ungestört zu lassen.“ Die Wissen­schaftler haben unter­sucht, wie mit speziell gestalteten Pulsen Licht auf einen einzelnen Quanten­emitter fokus­siert werden kann. Die Idee des Teams basiert auf gechirpten Licht­pulsen, deren Frequenz zeitabhängig ist.

In Strukturen mit bestimmten elektro­magnetischen Eigen­schaften – wie zum Beispiel Wellen­leitern – breiten sich die einzelnen Frequenzen unter­schiedlich rasch aus. Wenn man die Anfangs­bedingungen des Lichtpulses korrekt einstellt, komprimiert sich der Puls in einer bestimmten Distanz von selbst. Ein wichtiger Teil der Arbeit des Teams war zu zeigen, dass der Puls die Steuerung einzelner Quanten­emitter ermöglicht. Diese Methode lässt sich als eine Art Fern­bedienung nutzen, um zum Beispiel einzelne supra­leitende Quanten­bits in einem Wellen­leiter oder Atome in der Nähe eines photonischen Kristalls zu steuern. Die Wissen­schaftler konnten zeigen, dass die Methode nicht nur mit elektro­magnetischen Wellen funktioniert, sondern auch mit Phononen oder Magnonen.

IQOQI / RK

Weitere Infos

• Originalveröffentlichung
  S. Casulleras et al.: Remote Individual Addressing of Quantum Emitters with Chirped Pulses, Phys. Rev. Lett. 126, 103602 (2021); DOI: 10.1103/PhysRevLett.126.103602
• Romero-Isart Group, Institut für Quantenoptik und Quanteninformation, Österreichische Akademie der Wissenschaften & Universität Innsbruck, Österreich