Rekordqualität auf Abruf
Quantenforschende aus Stuttgart und Würzburg entwickeln neuartige Einzelphotonenquelle bei Telekommunikationswellenlängen.
Ein Forschungsteam der Universität Stuttgart und der Julius-Maximilians-Universität Würzburg unter der Leitung von Stefanie Barz hat eine Lichtquelle konstruiert, die einzelne Photonen im Telekommunikations-C-Band mit Rekordqualität und auf Abruf erzeugt – ein wichtiger Schritt hin zu skalierbarem photonischem Quantencomputing und zur Quantenkommunikation. „Dass keine hochwertige C-Band-Photonenquelle zur Verfügung stand, die auf Abruf arbeitet, war über ein Jahrzehnt hinweg ein zentrales Problem in Quantenoptiklaboren – unsere neue Technologie beseitigt nun dieses Hindernis“, sagt Barz.
Die von Nico Hauser und seinen Kolleg:innen entwickelte Photonenquelle besteht aus Indiumarsenid-Quantenpunkten, die in Indium-Aluminium-Gallium-Arsenid eingebettet und in einen zirkularen Bragg-Gitter-Resonator integriert sind, der die Photonenemission verstärkt. Das Team verglich systematisch verschiedene Anregungsschemata und fand, dass die Nutzung von Anregungen, die durch elementare Schwingungen im Kristallgitter vermittelt werden – anstatt die Quantenpunkte mit höherenergetischem Licht zu pumpen – die besten Ergebnisse liefert. In diesem Modus erreichten sie eine Zwei-Photonen-Interferenz-Sichtbarkeit von nahezu 92 Prozent. Dies ist der höchste Wert, der je für eine deterministische Einzelphotonenquelle im Telekommunikations-C-Band erzielt wurde.
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Diese Fortschritte bringen deterministische Quantenpunktquellen in dasselbe Leistungsregime wie probabilistische SPDC-Quellen – mit dem entscheidenden Vorteil, dass Photonen auf Abruf erzeugt werden. „Unsere Fähigkeit, einzelne Photonen gleichzeitig deterministisch, im Telekommunikations-C-Band und mit hoher Ununterscheidbarkeit zu erzeugen, wird Anwendungen ermöglichen, die große Mengen synchronisierter Photonen erfordern – von messbasiertem Quantencomputing bis hin zu Quantenrepeatern für die Kommunikation über weite Distanzen“, sagt Hauser.
Die Publikation entstand aus einer Zusammenarbeit zwischen den Universitäten in Stuttgart und Würzburg. Die Gruppe in Franken um Sven Höfling stellte die Quantenpunktprobe her. Die beiden Teams arbeiten im Rahmen des PhotonQ-Projekts zusammen, einem vom BMFTR geförderten Konsortium. Unter der Leitung von Prof. Barz entwickelt es die Grundlagen für einen neuartigen photonischen Quantenprozessor. Der Prozessor wird an der Uni Stuttgart aufgebaut und betrieben – wo maßgeschneiderte Photonen das Potenzial des photonischen Quantencomputings erschließen sollen. Die neuen Photonenquellen werden auch die Basis für die Vernetzung mehrerer photonischer Prozessoren für verteiltes Rechnen bilden – eine Vision, die die beiden Teams im ebenfalls vom BMFTR geförderten Projekt Quantenrepeater.Net (QR.N) verfolgen. [U Stuttgart / dre]
Weitere Informationen
- Originalpublikation
N. Hauser, M. Bayerbach, J. Kaupp, et al., Deterministic and highly indistinguishable single photons in the telecom C-band, Nat. Commun. 17, 537, 14. Januar 2026; DOI: 10.1038/s41467-026-68336-0 - Lehrstuhl für Technische Physik (Sven Höfling), Fakultät für Physik und Astronomie, Julius-Maximilians-Universität Würzburg
- Strategischer Profilbereich Quantum Technologies, Universität Stuttgart
