In Experimenten an der Schnittstelle von Halbleiter- und Atomphysik ist es einem internationalen Wissenschaftlerteam gelungen, einzelne Photonen auf vier Prozent der Lichtgeschwindigkeit abzubremsen. Das ist ein wichtiges Ergebnis, das den Durchbruch bei der Entwicklung von Quantenspeichern für optische Datenpulse zum Beispiel in Quantencomputern bedeuten kann, berichten die Forscher in der Fachzeitschrift „Nature Photonics“.
Halbleiter-Quantenpunkte bestehen aus einigen zehntausend Atomen, die „Inseln“ von nur wenigen Nanometern – das entspricht 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.
Neuer Typ von Quantenpunkten entwickelt
Wissenschaftler des Leibniz-Instituts für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden und der Technischen Universität (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.
Quantenspeicher für optisch übertragene Informationen im Visier
Diese Ergebnisse können den Forschern zufolge 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, berichten die Wissenschaftler in Nature Photonics. (Nature Photonics, 2011; doi:10.1038/nphoton.2011.16)
(Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden, 29.03.2011 – DLO)
