Eine optoelektronische Lichtquelle, die auf Abruf einzelne Photonen im Telekommunikations-C-Band der deutschen Telekom $DTE (+1,21 %) mit Rekordqualität erzeugt, weist eine Interferenz-Sichtbarkeit von 92 Prozent auf. Dies ist ein wichtiger Schritt hin zu skalierbarem photonischem Quantencomputing und Quantenkommunikation.
Ein Forschungsteam der Universität Stuttgart und der Julius-Maximilians-Universität Würzburg unter der Leitung von Prof. Stefanie Barz (Universität Stuttgart) hat eine optoelektronische Lichtquelle realisiert, die einzelne Photonen im für die Telekommunikation kritischen C-Band (1.550 nm) mit Rekordqualität und deterministisch erzeugt. Mit einer Zwei-Photonen-Interferenz-Sichtbarkeit von nahezu 92 Prozent erreicht das Quantenpunkt-Bauelement erstmals Werte, die mit probabilistischen Systemen konkurrenzfähig sind und das bei gleichzeitig deterministischer Funktionsweise.
„Dass keine hochwertige C-Band-Photonenquelle zur Verfügung stand, die deterministisch arbeitet, war über ein Jahrzehnt hinweg ein zentrales Problem in Quantenoptiklaboren. Unsere neue Technologie beseitigt nun dieses Hindernis“, erklärt Prof. Stefanie Barz. Das bedeutet erstmals Zugang zu synchronisierbaren Photonenquellen für das Telekommunikationsband.
Anders als herkömmliche probabilistische Verfahren wie die spontane parametrische Abwärtskonversion (SPDC) erzeugt die neue Quantenpunkt-basierte Quelle Photonen exakt dann, wenn sie elektronisch angesteuert wird. Diese Eigenschaft ist für die Synchronisation mehrerer Photonenquellen in komplexen optoelektronischen Systemen essentiell.
Die hohe Ununterscheidbarkeit der erzeugten Photonen ist ein kritischer Parameter für Quanteninterferenz-Anwendungen und ermöglicht eine präzise Kontrolle über Interferenzeffekte. Diese kontrollierten Quanteneffekte sind eine Grundvoraussetzung für fortgeschrittene Anwendungen im Bereich des Quantencomputings und der Quantenkommunikation.
Ein Forschungsteam der Universität Stuttgart und der Julius-Maximilians-Universität Würzburg unter der Leitung von Prof. Stefanie Barz (Universität Stuttgart) hat eine optoelektronische Lichtquelle realisiert, die einzelne Photonen im für die Telekommunikation kritischen C-Band (1.550 nm) mit Rekordqualität und deterministisch erzeugt. Mit einer Zwei-Photonen-Interferenz-Sichtbarkeit von nahezu 92 Prozent erreicht das Quantenpunkt-Bauelement erstmals Werte, die mit probabilistischen Systemen konkurrenzfähig sind und das bei gleichzeitig deterministischer Funktionsweise.
„Dass keine hochwertige C-Band-Photonenquelle zur Verfügung stand, die deterministisch arbeitet, war über ein Jahrzehnt hinweg ein zentrales Problem in Quantenoptiklaboren. Unsere neue Technologie beseitigt nun dieses Hindernis“, erklärt Prof. Stefanie Barz. Das bedeutet erstmals Zugang zu synchronisierbaren Photonenquellen für das Telekommunikationsband.
》Deterministische Photonenerzeugung《
Anders als herkömmliche probabilistische Verfahren wie die spontane parametrische Abwärtskonversion (SPDC) erzeugt die neue Quantenpunkt-basierte Quelle Photonen exakt dann, wenn sie elektronisch angesteuert wird. Diese Eigenschaft ist für die Synchronisation mehrerer Photonenquellen in komplexen optoelektronischen Systemen essentiell.
Die hohe Ununterscheidbarkeit der erzeugten Photonen ist ein kritischer Parameter für Quanteninterferenz-Anwendungen und ermöglicht eine präzise Kontrolle über Interferenzeffekte. Diese kontrollierten Quanteneffekte sind eine Grundvoraussetzung für fortgeschrittene Anwendungen im Bereich des Quantencomputings und der Quantenkommunikation.
》Integration in Telekommunikationsinfrastruktur《
Für die industrielle Umsetzung photonischer Quantentechnologien ist die Kompatibilität mit bestehender Glasfaser-Infrastruktur entscheidend. Das Telekommunikations-C-Band um 1.550 nm bietet minimale optische Verluste in Standard-Singlemode-Fasern und ist daher der industrielle Standard für Langstrecken-Datenübertragung.
Bisherige Quantenpunkt-Photonenquellen erreichten ihre besten Eigenschaften bei kürzeren Wellenlängen von 780 bis 960 nm, während C-Band-Implementierungen bestenfalls 72 Prozent Interferenz-Sichtbarkeit erzielten. Das liegt deutlich unter den Anforderungen anspruchsvoller Quantenanwendungen.
Das entwickelte Bauelement basiert auf Indiumarsenid-Quantenpunkten in einer Indium-Aluminium-Gallium-Arsenid-Matrix, integriert in einen zirkularen Bragg-Gitter-Resonator zur Verstärkung der Photonenemission.