Physiker der Universität Paderborn haben ein neuartiges Konzept entwickelt, um einzelne Photonen – winzige Lichtteilchen, aus denen elektromagnetische Strahlung besteht – mit maßgeschneiderten Eigenschaften zu erzeugen, deren kontrollierte Manipulation von grundlegender Bedeutung für photonische Quantentechnologien ist. Die Ergebnisse wurden nun im Fachjournal veröffentlicht Naturkommunikation.
Professor Artur Zrenner, Leiter der Forschungsgruppe „Nanostruktur-Optoelektronik“, erklärt, wie maßgeschneiderte Wunschzustände bisher eine Herausforderung darstellen: „Entsprechende Quellen basieren meist auf Lichtemissionen einzelner Halbleiter-Quantenemitter, die die Photonen erzeugen. Hier die Eigenschaften der emittierten Photonen sind durch die festen Eigenschaften des Quantenemitters definiert und können daher nicht mit voller Flexibilität kontrolliert werden.“
Um das Problem zu umgehen, haben die Wissenschaftler eine rein optische, nichtlineare Methode entwickelt, um die Emissionen einzelner Photonen maßzuschneidern und zu steuern. Basierend auf diesem Konzept demonstrieren sie lasergeführte Energieabstimmung und Polarisationssteuerung von Photonen (dh der Lichtfrequenz und Schwingungsrichtung elektromagnetischer Wellen).
Professor Stefan Schumacher, Physiker aus Paderborn, der ebenfalls an der Studie beteiligt war, sagt, dass sie „einen lasergesteuerten Herunterkonvertierungsprozess von einem angeregten Zustand des Halbleiter-Quantenemitters in einen virtuellen Zwischenzustand geschaffen haben, der zu einer Einzelphotonenemission führte .“
Zrenner glaubt, dass die Ergebnisse einen wichtigen Schritt in Richtung maßgeschneiderter Einzelphotonenemission aus einem photonischen Quantensystem auf der Grundlage quantenoptischer Prinzipien markieren.
B. Jonas et al, Nichtlineare Abwärtsumwandlung in einem einzelnen Quantenpunkt, Naturkommunikation (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-28993-3
Zur Verfügung gestellt von der Universität Paderborn