Die Fähigkeit das Lichtspektrum einzelner Lichtteilchen, sogenannter Photonen, auf quanten-kohärente Art und Weise zu messen ermöglicht neue Ansätze für die Verwendung von Licht und Korrelationen. Ein Schlüsselelement dieses Quanten-Regenbogen Baukastens wurde kürzlich von Wissenschaftlern der Arbeitsgruppe Integrierte Quantenoptik von Frau Prof. Dr. Silberhorn an der Universität Paderborn demonstriert.
Dieses Quanten Pulsgatter wurde von der Gruppe 2011 <link https: www.osapublishing.org oe quantum pulse gate based on spectrally engineered sum frequency>erstmals konzipiert. Es erlaubt, das komplette Farbspektrum von Einzelphotonen, den sogenannten <link https: www.oxfordsparks.ox.ac.uk content what-are-quantum-rainbows are quantum>Quanten-Regenbogen, zu messen, anstatt nur die scheinbare Farbe zu ermitteln. Durch die Anpassung der Form der gemessenen Regenbögen gelang es der Gruppe, die komplette Quanten-Wellenfunktion von einzelnen Photonen zu rekonstruieren, obwohl der zugrunde liegende Quantenzustand nicht mit "normalen" Farbmessungen abgefragt werden konnte. Diese Forschung wurde kürzlich in <link https: journals.aps.org prl abstract physrevlett.120.213601 and purification of the temporal-mode structure quantum>Physical Review Letters veröffentlicht und ist über die Plattform arXiv frei zugänglich.
Das Quanten Pulsgatter funktioniert durch die Anpassung der Geschwindigkeiten von Lichtpulsen, die in Lithiumniobat Wellenleitern geführt werden. Die Selektion eines bestimmten Quanten-Regenbogens im Wellenleiter wird dann durch das Formen des Spektrums eines hellen Gatter-Lichtpulses ermöglicht.
Die gleichen Techniken erlauben es, die Quanten-Farbkorrelationen zwischen gepaarten Photonen welche in nichtlinearen Wellenleitern erzeugt werden zu kontrollieren. Einen Überblick über den Fortschritt in diesem rasanten Forschungsfeld geben Mitglieder der Gruppe in einem Übersichtsartikel, welcher frei zugänglich in Optica veröffentlicht wurde.
Diese Ideen öffnen einen Weg zu vielversprechenden Anwendungen. So ermöglicht die Messung des kompletten Farbspektrums von Quantenlicht zum Beispiel neue Messprotokolle, welche robuster und präziser als existierende Verfahren sind. Ebenso kann die Kodierung von Quanteninformation in Quanten-Regenbögen die Informationskapazität und Stabilität von Quantenkommunikationsprotokollen erhöhen, was in Zukunft eine sichere Datentransmission garantieren könnte.
Diese Forschung wurde von der Europäischen Union (EU) unter dem Horizon 2020 Research and Innovation Program durch das Projekt Nr. 665148, gennant QCUMbER, gefördert.
