Quantenpunkte, die im optischen C-Band leuchten

Wesentlicher Schritt zur Verschlüsselung mithilfe verschränkter Photonen.

Forschern der Uni Paderborn ist es erstmals gelungen, Quantenpunkte herzustellen, die im optischen C-Band bei einer Wellenlänge zwischen 1530 bis 1565 Nanometer leuchten. Das Besondere ist, dass es damit gelungen ist, solche Quantenpunkte durch lokale Tröpfchen­ätzung und anschließendem Füllen der Nanolöcher im Indium­aluminium­arsenid/Indium­gallium­arsenid-System gitter­angepasst auf Indium­phosphid-Substraten herzustellen. Diese Quantenpunkte können in der Zukunft beispiels­weise als Quelle für verschränkte Photonen zum Einsatz kommen, was für neuartige Verschlüsselungs­systeme durch Quanten­techno­logien relevant werden kann. Besonders wichtig ist dabei die Lumineszenz im optischen C-Band: Bei dieser Wellenlänge ist die Abschwächung im Glas­faser­netzwerk minimal, sodass ein möglicher Einsatz in der Zukunft mit dem aktuellen Netzwerk möglich ist.

Abb.: Forschern der Uni Pader­born gelang erst­mals Her­stel­lung von...
Abb.: Forschern der Uni Pader­born gelang erst­mals Her­stel­lung von tropfen­ge­ätzten Quanten­punkten, die im optischen C-Band leuchten (Symbol­bild; Bild: U. Pader­born)

Das Team hat dafür nanoskopische Löcher in eine Indium­aluminium­arsenid-Oberfläche geätzt und diese mit Indium­gallium­arsenid gefüllt. „Ein kritischer Punkt bei der Herstellung von Quanten­punkten, wenn diese für die Erzeugung verschränkter Photonen eingesetzt werden sollen, ist die Gitter­anpassung. Ist diese nicht gegeben, kommt es zu Verspannungen im Quantenpunkt, was die quanten­mechanische Verschränkung der erzeugten Photonen auflösen kann“, erklärt Dennis Deutsch von der Uni Paderborn.

Die Herstellung der Quantenpunkte durch das Füllen von tropfen­geätzten Löchern ist nicht neu, aber anders als in vorherigen Arbeiten haben die Forscher eine Gitter­anpassung auf Indium­phosphid anstatt Gallium­arsenid genutzt. Durch den Material­wechsel ist es gelungen, die Emission im C-Band zu erzielen. Neben der Gitter­anpassung der Materialien ist auch die Symmetrie der Quantenpunkte ein wichtiger Faktor für deren Eignung als Quellen für verschränkte Photonen. Daher wurden auch zahlreiche Löcher, die bei unter­schied­lichen Parametern hergestellt wurden, statistisch ausgewertet und auf deren Symmetrie untersucht.

Bis zur technischen Anwendung ist es zwar noch ein weiter Weg, aber das Potenzial dieser Methode zur Herstellung von Quantenpunkten zeigt sich bereits jetzt. Denn: Quantencomputer werden klassischen Computern in der Zukunft bei Verschlüs­se­lungen vermutlich deutlich überlegen sein. Gerade das Phänomen der Verschränkung ist ein viel­ver­sprechender Ansatz, um ver­schlüsselte Daten sicher auszu­tauschen, da jeder Abhörversuch aufgrund physi­ka­lischer Prinzipien enttarnt wird.

Da der Austausch verschränkter Photonen über Glas­faser­leitungen erfolgt, ist eine möglichst verlustarme Übertragung essenziell. „Die Erzeugung von Photonen im besonders verlust­armen optischen C-Band ist daher ein wesentlicher Schritt zur Verschlüsselung mithilfe verschränkter Photonen“, fasst Deutsch zusammen.

U. Paderborn / RK

Weitere Infos

 

EnergyViews

EnergyViews
Dossier

EnergyViews

Die neuesten Meldungen zu Energieforschung und -technologie von pro-physik.de und Physik in unserer Zeit.

Sonderhefte

Physics' Best und Best of
Sonderausgaben

Physics' Best und Best of

Die Sonder­ausgaben präsentieren kompakt und übersichtlich neue Produkt­informationen und ihre Anwendungen und bieten für Nutzer wie Unternehmen ein zusätzliches Forum.

Meist gelesen

Themen