Prof. Dr. Christine Silberhorn konnten kürzlich erstmals Bandbreitenkompression für Einzelphotonen mit hocheffizienter Frequenzkonversion kombinieren. Die Versuchsanordnung basiert auf nichtlinearen Wellenleitern in Lithiumniobat, die die Gruppe selbst in Paderbornb herstellt. Die spektralen Eigenschaften von Einzelphotonenquellen im Telecom-Band können damit besser als zuvor an die von atomaren Systemen im sichtbaren und nah-infraroten Spektrum angepasst werden. Damit ist der Weg bereitet, Quantenspeicher, Glasfasernetze und die in der Gruppe entwickelten Einzelphotonenquellen in hybriden Quantennetzwerken zu verbinden.
Prof. Silberhorn erklärt: “Das Experiment ist ein wichtiger Schritt zum Aufbau hybrider Quantennetzwerke. Hoch effiziente Schnittstellen sind dabei der Schlüssel für zukünftige Quantenkommunikationssysteme. Dazu wird hochentwickelte Technologie benötigt, die gleichermaßen auf Quantenphysik und die gezielte Entwicklung leistungsstarker Wellenleiter fußt.“
Die besonderen Eigenschaften des verwendeten Prozesses beruhen darauf, dass sich Lichtpulse unterschiedlicher Wellenlänge mit gleicher Geschwindigkeit durch den Lithiumniobatkristall bewegen. Die Anpassung der Gruppengeschwindigkeiten wird erreicht, indem die Dispersion des Materials mit seiner Doppelbrechung ausgeglichen wird – Ein Ansatz, der in Gruppe um Prof. Silberhorn entwickelt wurde. Eine Schwierigkeit bei der Entwicklung war es, homogene Wellenleiter mit der Umkehr von Kristalldomänen auf sehr kurzen Längenskalen zu kombinieren. Andere Gruppen konnten zwar schon früher ähnliche Prozesse demonstrieren, allerdings waren diese zu ineffizient, um mit einfachen Bandpassfiltern zu konkurrieren.
Die Ergebnisse erschienen am 30. Januar in “Nature Communications” und ist als “Open Access”-Veröffentlichung <link http: www.nature.com articles ncomms14288>hier kostenlos zum Download verfügbar.
Prof. Dr. Silberhorn leitet die Arbeitsgruppe “Integrierte Quantenoptik” an der Universität Paderborn. Sie ist zudem Leiterin des Projekts “Direct measurement of time-frequency shaped ultrafast quantum pulses from parametric downconversion and upconversion processes” des Sonderforschungsbereichs TRR 142 der Deutschen Forschungsgemeinschaft.
