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Universität Basel

13. Juni 2022

Photonenzwillinge ungleicher Herkunft

Quantenpunkte und Photone
Die Quantenpunkte der Basler Forschenden sind zwar unterschiedlich, senden aber haargenau identische Lichtteilchen aus. (Bild: Universität Basel, Departement Physik)

Identische Lichtteilchen (Photonen) sind wichtig für viele Technologien, die auf der Quantenphysik beruhen. Ein Team von Forschenden aus Basel und Bochum hat nun identische Photonen mit unterschiedlichen Quantenpunkten erzeugt – ein wichtiger Schritt für Anwendungen wie abhörsichere Kommunikation und Quanteninternet.

Viele Technologien, die sich Quanteneffekte zu Nutze machen, beruhen auf haargenau gleichen Photonen. Diese herzustellen ist allerdings enorm schwierig. So muss nicht nur die Wellenlänge (Farbe) der Photonen exakt übereinstimmen, sondern auch ihre Form und Polarisierung.

Einem Team von Forschenden der Universität Basel um Richard Warburton ist es nun in Zusammenarbeit mit Kollegen der Universität Bochum gelungen, identische Photonen zu erzeugen, die aus unterschiedlichen, weit voneinander entfernten Quellen stammen.

Einzelne Photonen aus Quantenpunkten

In ihren Experimenten verwenden die Physikerinnen und Physiker sogenannte Quantenpunkte, also wenige Nanometer grosse Strukturen in Halbleitermaterialien. In diesen Quantenpunkten sind Elektronen gefangen, die nur ganz bestimmte Energieniveaus annehmen und beim Übergang vom einen zum anderen Niveau Licht aussenden können. Mit Hilfe eines Laserpulses, der einen solchen Übergang auslöst, können so auf Knopfdruck einzelne Photonen hergestellt werden.

«In den letzten Jahren haben bereits andere Forschende mit verschiedenen Quantenpunkten identische Photonen erzeugt», erklärt Liang Zhai, Postdoktorand und Erstautor der soeben in «Nature Nanotechnology» erschienenen Studie. «Dazu mussten sie allerdings aus einer riesigen Anzahl an Photonen mit optischen Filtern diejenigen herauspicken, die sich am ähnlichsten waren.» Durch das Herauspicken bleiben bei dieser Methode nur wenige brauchbare Photonen übrig.


Originalpublikation

Liang Zhai, Giang N. Nguyen, Clemens Spinnler et al.
Quantum interference of identical photons from remote GaAs quantum dots.
Nature Nanotechnology (2022), doi: 10.1038/s41565-022-01131-2

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