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 Speicherdauer von Qubits für Quantencomputer weiter verbessert
09.12.2016 | Forschungszentrum Jülich

nachricht Elektronenautobahn im Kristall
09.12.2016 | Julius-Maximilians-Universität Würzburg

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: Elektronenautobahn im Kristall

Physiker der Universität Würzburg haben an einer bestimmten Form topologischer Isolatoren eine überraschende Entdeckung gemacht. Die Erklärung für den Effekt findet sich in der Struktur der verwendeten Materialien. Ihre Arbeit haben die Forscher jetzt in Science veröffentlicht.

Sie sind das derzeit „heißeste Eisen“ der Physik, wie die Neue Zürcher Zeitung schreibt: topologische Isolatoren. Ihre Bedeutung wurde erst vor wenigen Wochen...

Im Focus: Electron highway inside crystal

Physicists of the University of Würzburg have made an astonishing discovery in a specific type of topological insulators. The effect is due to the structure of the materials used. The researchers have now published their work in the journal Science.

Topological insulators are currently the hot topic in physics according to the newspaper Neue Zürcher Zeitung. Only a few weeks ago, their importance was...

Im Focus: Rätsel um Mott-Isolatoren gelöst

Universelles Verhalten am Mott-Metall-Isolator-Übergang aufgedeckt

Die Ursache für den 1937 von Sir Nevill Francis Mott vorhergesagten Metall-Isolator-Übergang basiert auf der gegenseitigen Abstoßung der gleichnamig geladenen...

Im Focus: Poröse kristalline Materialien: TU Graz-Forscher zeigt Methode zum gezielten Wachstum

Mikroporöse Kristalle (MOFs) bergen große Potentiale für die funktionalen Materialien der Zukunft. Paolo Falcaro von der TU Graz et al zeigen in Nature Materials, wie man MOFs gezielt im großen Maßstab wachsen lässt.

„Metal-organic frameworks“ (MOFs) genannte poröse Kristalle bestehen aus metallischen Knotenpunkten mit organischen Molekülen als Verbindungselemente. Dank...

Im Focus: Gravitationswellen als Sensor für Dunkle Materie

Die mit der Entdeckung von Gravitationswellen entstandene neue Disziplin der Gravitationswellen-Astronomie bekommt eine weitere Aufgabe: die Suche nach Dunkler Materie. Diese könnte aus einem Bose-Einstein-Kondensat sehr leichter Teilchen bestehen. Wie Rechnungen zeigen, würden Gravitationswellen gebremst, wenn sie durch derartige Dunkle Materie laufen. Dies führt zu einer Verspätung von Gravitationswellen relativ zu Licht, die bereits mit den heutigen Detektoren messbar sein sollte.

Im Universum muss es gut fünfmal mehr unsichtbare als sichtbare Materie geben. Woraus diese Dunkle Materie besteht, ist immer noch unbekannt. Die...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Firmen- und Forschungsnetzwerk Munitect tagt am IOW

08.12.2016 | Veranstaltungen

NRW Nano-Konferenz in Münster

07.12.2016 | Veranstaltungen

Wie aus reinen Daten ein verständliches Bild entsteht

05.12.2016 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Hochgenaue Versuchsstände für dynamisch belastete Komponenten – Workshop zeigt Potenzial auf

09.12.2016 | Seminare Workshops

Ein Nano-Kreisverkehr für Licht

09.12.2016 | Physik Astronomie

Pflanzlicher Wirkstoff lässt Wimpern wachsen

09.12.2016 | Biowissenschaften Chemie