Helle Verschränkung aus dunklen Zuständen

Eine der am weitesten entwickelten Quantentechnologien ist die Quantenkommunikation und darunter insbesondere die Quantenkryptographie, wo es um absolut abhörsichere Kommunikation geht. Dafür aber auch für die Vernetzung von Quantencomputern werden sogenannte verschränkte Zustände zweier Lichtteilchen (Photonen) benötigt. Helle Quellen solcher spezieller Lichtzustände sind für die praktische Anwendbarkeit sehr bedeutsam. Nanometer große Strukturen in Halbleitern, sogenannte Quantenpunkte sind mit die besten solchen Quellen. In einem Vorläuferprojekt konnten wir große Fortschritte in der optischen Ansteuerung von Quantenpunkten machen, insbesondere ist es uns gelungen, sogenannte dunkle Zustände zu identifizieren und zu gezielt anzuregen. Diese sind wichtig für die kontrollierte Erzeugung Zeit- verschränkter Photonenpaare. Verschränkung in der Zeit bedeutet, dass der Emissionszeitpunkt der zwei Photonen zwar unbestimmt ist, aber immer perfekt zueinander synchronisiert ist. In unserem Projekt soll diese Art von Verschränkung aus Halbleiterquantenpunkten erstmals realisiert und untersucht werden. Wir erwarten, dass damit bessere Übertragungsraten und -distanzen in der Quantenkommunikation erzielt werden können. Im Gegensatz zu herkömmlichen Ansätzen können wir damit auch höherdimensionale verschränkte Zustände von mehr als zwei Photonen in mehr als zwei Zeitzuständen erzeugen. Die Forschung wird durch die Zusammenarbeit von vier Teams, zwei aus Österreich, eines aus Deutschland und eines aus Polen getragen und umfasst alle Komponenten, von der theoretischen Beschreibung der Quantenpunkte und deren Wechselwirkung mit Licht, der Herstellung der Quantenpunkte in photonischen Nanostrukturen und deren Verwendung in Quantenkommunikationsexperimenten.