Fysici demonstreren nieuwe productiemethode losse lichtdeeltjes
Wetenschappers hebben losse lichtdeeltjes nodig voor bijvoorbeeld quantumencryptie of quantumcomputers. Leids natuurkundigen hebben nu een nieuwe productiemethode experimenteel bewezen. Publicatie in Physical Review Letters op 23 juli.
Terwijl we met elkaar praten, gebruiken we een breed pallet aan communicatiemiddelen. We zetten een hoge of lage stem op, schreeuwen of fluisteren en spreken langzaam of snel. Ook licht is een rijke bron van informatie. Het kan variëren in kleur, volume, polarisatie en korte of lange flitsen. Licht bestaat normaal gesproken uit ontelbaar veel lichtdeeltjes—fotonen. Maar als je losse fotonen gebruikt, krijg je toegang tot een verborgen informatieniveau. Dan duiken quantumverschijnselen op, zoals spin en verstrengeling, zodat het mogelijk wordt om perfect geheim of instantaan te communiceren, of om met quantumcomputers ingewikkelde wiskundige problemen op te lossen. Losse fotonen produceren is echter niet triviaal. Wetenschappers zoeken naar manieren om dat zo gemakkelijk mogelijk te doen. De groep quantumoptica van de Universiteit Leiden heeft nu een nieuwe methode experimenteel bewezen.
Conventionele methode
Natuurkundigen creëren losse fotonen als volgt. Een laser bestraalt een groot kunstmatig atoom—een quantum dot—dat binnen een trilholte zit. De holte vangt het laserlicht, dat daarin blijft rondstuiteren tot het de quantum dot raakt. Binnen de quantum dot komt een elektron dan in aangeslagen toestand, waarna het weer terugvalt en daarbij een los foton uitzendt. Missie geslaagd. Behalve natuurlijk als er nog meer achteraankomen, want dan heb je alsnog een normale lichtbundel. Om dit te voorkomen gaan de fotonen door een soort draaideur—een photon turnstile. Voor deze conventionele methode moeten de quantum dot en de holte precies op elkaar aansluiten.
Nieuwe methode
Leidse onderzoekers hebben nu experimenteel bewijs geleverd voor een andere manier om losse fotonen te produceren. Co-auteurs Vincenzo Savona en Hugo Flayac van EPFL Lausanne bedachten hiervoor de theorie. Met deze methode—unconventional photon blockade—wordt de quantum dot in de trilholte aangeslagen met licht van een bepaalde polarisatie. Quantuminterferentie zorgt dan voor een bundel van losse fotonen. ‘Onze methode werkt via een fundamenteel ander fysisch mechanisme,’ zegt eerste auteur Henk Snijders. ‘Dat maakt het een interessante ontdekking.’
Publicatie
H.J. Snijders, J. A. Frey, J. Norman, H. Flayac, V. Savona, A. C. Gossard, J. E. Bowers, M. P. van Exter, D. Bouwmeester, W. Löffler, Phys. Rev. Lett. 121, 043601 (2018),
Editors suggestion: "Observation of the Unconventional Photon Blockade"
Viewpoint: A Double Take on Unconventional Photon Blockade
Arxiv:1803.10992