Paderborner Forscher*innen aus dem Department Physik und vom Institut für Photonische Quantensysteme (PhoQS) haben im Rahmen eines innerhalb des Sonderforschungsbereichs/TRR 142 gef?rderten Projekts erfolgreich Quantenpunkte – nanoskopische Strukturen, in denen die Quanteneigenschaften der Materie zum Tragen kommen – hergestellt, die im optischen C-Band bei einer Wellenl?nge zwischen 1530 bis 1565 Nanometer leuchten. Das Besondere ist, dass es damit zum ersten Mal gelungen ist, solche Quantenpunkte durch lokale Tr?pfchen?tzung und anschlie?endem Füllen der Nanol?cher im Indiumaluminiumarsenid/Indiumgalliumarsenid-System gitterangepasst auf Indiumphosphid-Substraten herzustellen. Diese Quantenpunkte k?nnen in der Zukunft beispielsweise als Quelle für verschr?nkte Photonen zum Einsatz kommen, was für neuartige Verschlüsselungssysteme durch Quantentechnologien relevant werden kann. Besonders wichtig ist dabei die Lumineszenz im optischen C-Band: Bei dieser Wellenl?nge ist die Abschw?chung im Glasfasernetzwerk minimal, sodass ein m?glicher Einsatz in der Zukunft mit dem aktuellen Netzwerk m?glich ist. Ihre Ergebnisse haben die Wissenschaftler*innen nun in dem Journal ?AIP Advances“ ver?ffentlicht.
Das Team um Dennis Deutsch, Christopher Buchholz, Dr. Viktoryia Zolatanosha, Prof. Dr. Klaus J?ns und Prof. Dr. Dirk Reuter hat dafür nanoskopische L?cher in eine Indiumaluminiumarsenid-Oberfl?che ge?tzt und diese mit Indiumgalliumarsenid gefüllt. ?Ein kritischer Punkt bei der Herstellung von Quantenpunkten, wenn diese für die Erzeugung verschr?nkter Photonen eingesetzt werden sollen, ist die Gitteranpassung. Ist diese nicht gegeben, kommt es zu Verspannungen im Quantenpunkt, was die quantenmechanische Verschr?nkung der erzeugten Photonen aufl?sen kann“, erkl?rt Dennis Deutsch. Die Herstellung der Quantenpunkte durch das Füllen von tropfenge?tzten L?chern ist nicht neu, aber anders als in vorherigen Arbeiten haben die Forscher*innen eine Gitteranpassung auf Indiumphosphid anstatt Galliumarsenid genutzt. Durch den Materialwechsel ist es gelungen, die Emission im C-Band zu erzielen. Neben der Gitteranpassung der Materialien ist auch die Symmetrie der Quantenpunkte ein wichtiger Faktor für deren Eignung als Quellen für verschr?nkte Photonen. Daher wurden in der Ver?ffentlichung auch zahlreiche L?cher, die bei unterschiedlichen Parametern hergestellt wurden, statistisch ausgewertet und auf deren Symmetrie untersucht.
Bis zur technischen Anwendung ist es zwar noch ein weiter Weg, aber das Potenzial dieser Methode zur Herstellung von Quantenpunkten zeigt sich bereits jetzt. Denn: Quantencomputer werden klassischen Computern in der Zukunft bei Verschlüsselungen vermutlich deutlich überlegen sein. Gerade das Ph?nomen der Verschr?nkung ist ein vielversprechender Ansatz, um verschlüsselte Daten sicher auszutauschen, da jeder Abh?rversuch aufgrund physikalischer Prinzipien enttarnt wird. Da der Austausch verschr?nkter Photonen über Glasfaserleitungen erfolgt, ist eine m?glichst verlustarme ?bertragung essenziell. ?Die Erzeugung von Photonen im besonders verlustarmen optischen C-Band ist daher ein wesentlicher Schritt zur Verschlüsselung mithilfe verschr?nkter Photonen“, fasst Deutsch zusammen.
