Helle Quantenlichtquelle mit niedrigem Energiebedarf

Nicht-klassische Photonenquellen stellen eine Schlüsselkomponente von Quantenkommunikationstechnologien dar. Sie sollen im Gegensatz zu klassischen Lichtquellen, die viele Photonen pro Zeitintervall aussenden, immer nur einzelne Photonen aussenden – dies allerdings möglichst häufig, um hohe Datentransferraten zu ermöglichen. Diese beiden Anforderungen widersprechen sich jedoch, da eine hohe Emissionsrate auch zu einer erhöhten Wahrscheinlichkeit für die zeitgleiche Aussendung mehrerer Photonen führt. Da die exakten Zeitpunkte der Emission der einzelnen Photonen oftmals unbekannt sind, verwendet man physikalische Prozesse, die korrelierte Photonenpaare erzeugen. Wird eines der Photonen erkannt, steht mit hoher Wahrscheinlichkeit fest, dass zeitgleich ein weiteres Photon erzeugt wurde, das für die Quantenkommunikation verwendet werden kann.

Im Rahmen des EU-Netzwerks „Light-Matter Interfaces for Quantum Enhanced Technologies“ konnten die TU-Forschenden und ihre Kolleginnen und Kollegen nun erstmals eine nicht-klassische Photonenpaarquelle durch Kopplung von kalten Atomen an eine Hohlfaser realisieren. Durch die starke räumliche Beschränkung von Atomen und Lichtfeldern auf wenige Mikrometer innerhalb der Faser konnte die Quelle bei gleichzeitig sehr niedriger Pumpleistung so effizient gemacht werden, dass die maximal mögliche Erzeugungsrate erreicht wurde, bei der aufeinanderfolgende Photonenpaare anfangen, zeitlich zu überlappen.