Rekordquelle verschränkter Photonen
Optische Breitbandantenne mit einer Ausbeute von 37 Prozent pro Puls.
Bei verschränkten Photonen führt jede Änderung des Quantenzustands des einen Photons zu einer entsprechenden Änderung des entfernten Partners. Hier liegt ein großes Anwendungspotenzial für die künftige Quantenkommunikation, insbesondere für die Entwicklung abhörsicherer Kommunikationssysteme. Wichtige Voraussetzungen für die Umsetzung einer solchen Technologie sind, dass verschränkte Photonen in definierter Qualität und in ausreichender Menge erzeugt werden und über weite Entfernungen übermittelt werden können. Letzteres ist mit großen Verlusten verbunden, so dass in Glasfaserleitungen bisher nur hundert Kilometer realisiert werden konnten. Vor einem Jahr haben Wissenschaftler aus China per Satellit eine Entfernung von 7600 Kilometern überwinden können. Je lichtstärker die verschränkten Photonenquellen sind, desto robuster wird das System gegenüber Verlusten bei großen Distanzen. Die Entwicklung besonders heller verschränkter Photonenquellen ist deshalb ein wichtiger Ansatz, die Quantenkommunikation über lange Reichweiten zu realisieren.
Abb.: Optischer Aufbau für Experimente mit verschränkten Photonen am IFW. (Bild: J. Lösel, L.-IFW)
Das Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung IFW in Dresden hat in Zusammenarbeit mit der Uni Hannover einen neuen Rekord aufgestellt: Ein Forscherteam unter Leitung von Oliver Schmidt und Fei Ding hat eine Quelle verschränkter Photonen mit einer bisher unerreichten Helligkeit entwickelt. Die Photonenquelle besteht aus einer optischen Breitbandantenne, die verschränkte Photonenpaare effizient aus Halbleiter-
„Die Optimierung einer derartigen Photonenquelle hinsichtlich einer Vielzahl ihrer Eigenschaften stellt eine besondere Herausforderung unserer Arbeit dar“, sagt Robert Keil vom IFW. „Unsere verschränkten Photonen werden darüber hinaus von dem in der Optoelektronik häufig eingesetzten Halbleitermaterial Galliumarsenid erzeugt“, ergänzt Ding. Das ermöglicht die Herstellung von Bauelementen, die auf etablierten Halbleitertechnologien basieren und somit für eine zukünftige industrielle Fertigung in Frage kommen. „Die Arbeit stellt einen wichtigen Schritt zur Auslotung des Anwendungspotenzials von optischen Quantentechnologien dar“, betont Schmidt, der mit seinem Team bereits vor drei Jahren die schnellste Quelle verschränkter Photonen demonstrieren konnte.
L.-IFW / RK
