18/04/2011

Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden

Neuer Lichtspeicher für Quantencomputer

In Experimenten an der Schnittstelle von Halbleiter- und Atomphysik ist es gelungen, einzelne Photonen auf 4 % der Lichtgeschwindigkeit abzubremsen. Das ist ein wichtiges Ergebnis, das den Durchbruch bei der Entwicklung von Quantenspeichern für optische Datenpulse z.B. in Quantencomputern bedeuten kann.

Halbleiter-Quantenpunkte bestehen aus einigen zehntausend Atomen, die "Inseln" von nur wenigen Nanometern (Millionstel Millimeter) bilden. Aufgrund dieser geringen Ausmaße können sich Ladungsträger hier nicht mehr frei bewegen. Die Energiezustände sind quantisiert wie in einem Atom, so dass Quantenpunkte auch als künstliche Atome bezeichnet werden. Eine wichtige Eigenschaft von Halbleiter-Quantenpunkten besteht in der Fähigkeit, einzelne Photonen zu emittieren. Als Halbleiter sind sie zudem gut in gängige mikroelektronische Systeme integrierbar.

Wissenschaftler des Leibniz-Instituts für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden und der TU Delft haben nun einen neuen Typ von Quantenpunkten entwickelt, der Photonen genau mit der Frequenz emittiert, wie sie für die eingesetzte Lichtbremse passend ist. In ihren Experimenten leiteten die Forscher einzelne von den Quantenpunkten ausgesendete Photonen durch ein Gas aus Rubidium-Atomen. Dadurch werden die einzelnen Photonen so stark abgebremst, dass sie für kurze Zeit auf kontrollierte Weise in dem Rubidium-Gas gefangen sind, ohne sich dabei selbst zu verändern. Diese Ergebnisse können die Grundlage für die Entwicklung eines Quantenspeichers für optisch übertragene Informationen bilden. Es ist weltweit die erste Demonstration eines nicht-klassischen Lichtspeichers auf der Grundlage einzelner, auf Abruf emittierter Photonen.

Die Ergebnisse wurden in der Online-Ausgabe des Fachmagazins „Nature Photonics“ am 20.2.2011 publiziert: N. Akopian, L. Wang, A. Rastelli, O. G. Schmidt and V. Zwiller “Hybrid semiconductor-atomic interface: slowing down single photons from a quantum dot”

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