Supraleitende Einzelphotonendetektoren

TES/SQUID-Detektormodul (Innenansicht des Kryostaten ohne Strahlungsschirme) Bildquelle PTB

Charakterisierung von Photonenquellen für die Quantenkommunikation

Seit vielen Jahren ist die PTB führend bei der Entwicklung hochempfindlicher Stromsensoren auf der Basis von SQUIDs (Superconducting Quantum Interference Devices). Jetzt wurden PTB-SQUID-Stromsensoren als wesentliche Bestandteile von supraleitendenden Mikrokalorimetern erfolgreich eingesetzt, um neuartige Einzelphotonen- Emitter und Mikrolaser für die Quantenoptik zu charakterisieren.

Einzelphotonenquellen im optischen und nah-infraroten Wellenlängenbereich sind wesentliche Komponenten für Verfahren der optischen Quantenkommunikation. Eine vielversprechende Methode, um Quellen für einzelne oder wenige Photonen herzustellen, verwendet Quantenpunkt- Mikroresonatorstukturen. Je besser man die Emissionsstatistik dieser Quellen kennt, desto genauer lässt sich ihr Verhalten verstehen.

Im Rahmen eines laufenden europäischen Forschungsprojekts arbeitet die PTB mit der Technischen Universität Berlin zusammen, wo Einzelphotonenemitter und Mikrolaser auf der Basis selbstorganisierter InAs/GaAs-Quantenpunkte entwickelt werden. In der PTB wurde ein Messsystem zur Charakterisierung von Quellen einzelner oder weniger Photonen mit Wellenlängen im Bereich von 800 nm bis 1000 nm aufgebaut. Dabei kommen supraleitendende Mikrokalorimeter zum Einsatz, Transition Edge Sensors (TES), die vom National Institute of Standards and Technology (NIST, USA) entwickelt wurden. Doch erst durch die Kombination mit den hochempfindlichen PTB-SQUID-Stromsensoren zur Auslesung lässt sich die Anzahl der absorbierten Einzelphotonen genau bestimmen.

Das neue System ist eine Weiterentwicklung eines Aufbaus, der erfolgreich an der Österreichischen Akademie der Wissenschaften für ein schlupflochfreies Bell- Experiment mit verschränkten optischen Photonen eingesetzt wurde. Mit den verwendeten TES/SQUID-Detektoren lassen sich direkt die Photonenanzahlverteilungen der InAs/GaAs-Quantenpunkt-Quellen in einem Bereich bis ca. 20 Photonen bestimmen. Dies ermöglicht die Charakterisierung von Quantenpunkt-Mikrolasern unter variierenden Betriebsbedingungen. Mit dem Messsystem wurden kürzlich auch Ein- und Zwei-Photonen- Zustände eines Einzel-Quantenpunkt- Emitters direkt nachgewiesen.

Ansprechpartner

Jörn Beyer
Fachbereich 7.2
Kryophysik und Spektrometrie
Telefon: (030) 3481-7379
joern.beyer(at)ptb.de

Wissenschaftliche Veröffentlichung

T. Heindel, A. Thoma, M. von Helversen, M. Schmidt, A. Schlehahn, M. Gschrey, P. Schnauber, J.-H. Schulze, A. Strittmatter, J. Beyer, S. Rodt, A. Carmele, A. Knorr, S. Reitzenstein: A bright triggered twin-photon source in the solid state. Nat. Commun. 8, 14870 (2017)

Kontakt:

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