Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Bessere Lichtquelle für Quantenkryptografie

26.10.2009
Forscher des Paul-Drude-Instituts haben eine Quelle entwickelt, mit der sie einzelne Photonen in hoher Wiederholrate und in geanau definierten zeitlichen Abständen versenden können. Sie nutzen dazu akustische Oberflächenwellen. Sie berichten darüber in Nature Photonics.

Mit einzelnen Photonen, den kleinsten "Lichtteilchen", lassen sich Informationen abhörsicher verschlüsseln. Das beruht auf quantenmechanischen Gesetzen, wonach man die Eigenschaften eines Photons nicht messen - und es somit nicht abhören - kann, ohne genau diese Eigenschaften zu verändern.

Forscher des Paul-Drude-Instituts für Festkörperelektronik haben jetzt eine Quelle entwickelt, mit der sie einzelne Photonen in exakt definierten Zeitabständen und mit einer hohen Wiederholrate aussenden können. Sie benutzen dazu elastische Wellen, die elektrische Ladungen über einen mit Quantenpunkten bestückten Halbleiterchip "pumpen". Sie berichten darüber in der aktuellen Ausgabe von Nature Photonics.

Herkömmliche Einzelphotonenquellen, bei denen Atome oder Halbleiter-Nanoteilchen, sogenannte Quantenpunkte, per Laser angeregt werden, emittieren Photonen mit einer Wiederholrate (Frequenz) von bis zu 80 MHz. Um die Quantenkryptografie noch leistungsfähiger zu machen, möchte man möglichst große Wiederholraten der ausgesandten Photonen erzielen. Außerdem müssen die einzelnen Lichtteilchen in sehr gleichmäßigen Abständen ausgesendet werden.

Die PDI-Forscher um Dr. Paulo Santos haben jetzt eine Möglichkeit gefunden, Photonen mit einer zehnmal höheren Wiederholrate auszusenden und deren Abstände exakt gleich einzustellen. Auf einem winzigen Galliumarsenidchip befindet sich eine Ansammlung von Quantenpunkten. In einigem Abstand zu den Punkten erzeugen die Forscher mit einem Laser positive und negative elektrische Ladungen, also Elektronen und "Löcher". Am anderen Ende des Chips sendet ein akustischer Wandler eine Oberflächenwelle - eine Art Schallwelle - aus, welche die Ladungsträger in Richtung der Quantenpunkte "pumpt". Dabei befinden sich die Elektronen jeweils im Tal der Welle, die "Löcher" auf dem Wellenberg. Treffen sich beide Ladungen in einem Quantenpunkt, wird dieser angeregt mit der Folge, dass er ein Photon aussendet. Über die Höhe der Wellenberge und -täler können die Forscher steuern, welche Quantenpunkte angeregt werden. Denn diese sind leicht unterschiedlich und haben deshalb unterschiedliche Emissionsenergien. Damit können auch Photonen mit unterschiedlichen Energien ausgesendet werden.

Zum Nachweis, dass es sich wirklich einzelne Photonen handelt, verwenden die Forscher ein Verfahren, dass die Doppeleigenschaft des Lichts nutzt, zugleich Welle und Teilchen zu sein. Sie leiten das ausgestrahlte Licht durch einen Strahlteiler auf zwei Detektoren. Liegt ein einzelnes Lichtteilchen vor, kann es sich nicht mehr teilen, weshalb nur einer der beiden Detektoren ein Signal erhält.

Bevor dieses System für die Quantenkryptografie verwendet werden kann, stehen die Forscher noch vor einigen Herausforderungen. So erfolgen die bisherigen Versuche bei Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt, was für den praktischen Einsatz nicht geeignet ist. Außerdem wollen die Forscher das Auffangen der Photonen optimieren, die jetzt in alle Richtungen emittiert werden. Durch Einsatz eines Resonators wollen sie erreichen, dass die Lichtteilchen bevorzugt in eine Richtung fliegen.

Originalarbeit:
doi: 10.1038/nphoton.2009.191
Kontakt:
Dr. Paulo Santos, Paul-Drude-Institut für Festkörperelektronik, Tel: 030 20377 221 oder 360, E-Mail: santos@pdi-berlin.de

Christine Vollgraf | idw
Weitere Informationen:
http://www.fv-berlin.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Radioaktive Elemente in Cassiopeia A liefern Hinweise auf Neutrinos als Ursache der Supernova-Explosion
23.06.2017 | Max-Planck-Institut für Astrophysik

nachricht Individualisierte Faserkomponenten für den Weltmarkt
22.06.2017 | Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH)

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Can we see monkeys from space? Emerging technologies to map biodiversity

An international team of scientists has proposed a new multi-disciplinary approach in which an array of new technologies will allow us to map biodiversity and the risks that wildlife is facing at the scale of whole landscapes. The findings are published in Nature Ecology and Evolution. This international research is led by the Kunming Institute of Zoology from China, University of East Anglia, University of Leicester and the Leibniz Institute for Zoo and Wildlife Research.

Using a combination of satellite and ground data, the team proposes that it is now possible to map biodiversity with an accuracy that has not been previously...

Im Focus: Klima-Satellit: Mit robuster Lasertechnik Methan auf der Spur

Hitzewellen in der Arktis, längere Vegetationsperioden in Europa, schwere Überschwemmungen in Westafrika – mit Hilfe des deutsch-französischen Satelliten MERLIN wollen Wissenschaftler ab 2021 die Emissionen des Treibhausgases Methan auf der Erde erforschen. Möglich macht das ein neues robustes Lasersystem des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnologie ILT in Aachen, das eine bisher unerreichte Messgenauigkeit erzielt.

Methan entsteht unter anderem bei Fäulnisprozessen. Es ist 25-mal wirksamer als das klimaschädliche Kohlendioxid, kommt in der Erdatmosphäre aber lange nicht...

Im Focus: Climate satellite: Tracking methane with robust laser technology

Heatwaves in the Arctic, longer periods of vegetation in Europe, severe floods in West Africa – starting in 2021, scientists want to explore the emissions of the greenhouse gas methane with the German-French satellite MERLIN. This is made possible by a new robust laser system of the Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT in Aachen, which achieves unprecedented measurement accuracy.

Methane is primarily the result of the decomposition of organic matter. The gas has a 25 times greater warming potential than carbon dioxide, but is not as...

Im Focus: How protons move through a fuel cell

Hydrogen is regarded as the energy source of the future: It is produced with solar power and can be used to generate heat and electricity in fuel cells. Empa researchers have now succeeded in decoding the movement of hydrogen ions in crystals – a key step towards more efficient energy conversion in the hydrogen industry of tomorrow.

As charge carriers, electrons and ions play the leading role in electrochemical energy storage devices and converters such as batteries and fuel cells. Proton...

Im Focus: Die Schweiz in Pole-Position in der neuen ESA-Mission

Die Europäische Weltraumagentur ESA gab heute grünes Licht für die industrielle Produktion von PLATO, der grössten europäischen wissenschaftlichen Mission zu Exoplaneten. Partner dieser Mission sind die Universitäten Bern und Genf.

Die Europäische Weltraumagentur ESA lanciert heute PLATO (PLAnetary Transits and Oscillation of stars), die grösste europäische wissenschaftliche Mission zur...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Von Batterieforschung bis Optoelektronik

23.06.2017 | Veranstaltungen

10. HDT-Tagung: Elektrische Antriebstechnologie für Hybrid- und Elektrofahrzeuge

22.06.2017 | Veranstaltungen

„Fit für die Industrie 4.0“ – Tagung von Hochschule Darmstadt und Schader-Stiftung am 27. Juni

22.06.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Radioaktive Elemente in Cassiopeia A liefern Hinweise auf Neutrinos als Ursache der Supernova-Explosion

23.06.2017 | Physik Astronomie

Dünenökosysteme modellieren

23.06.2017 | Ökologie Umwelt- Naturschutz

Makro-Mikrowelle macht Leichtbau für Luft- und Raumfahrt effizienter

23.06.2017 | Materialwissenschaften