Wichtiger Schritt für die Entwicklung von halbleiterbasierten Quantenlichtquellen:
In den letzten Jahren sind Quantennetzwerke zunehmend in den Fokus der Forschung gerückt. Sie könnten nicht nur die Sicherheit kritischer Infrastrukturen erhöhen, sondern auch neue Anwendungen wie die sichere Vernetzung von Quantencomputern oder sogar die Realisierung eines Quanteninternets ermöglichen. Ein solches Netzwerk basiert auf zuverlässiger Quantenhardware: Quantenspeichern, die Quanteninformation speichern und abrufen können, sowie Quantenlichtquellen, die bei Telekommunikationswellenlängen emittieren und deterministische, hochbrillante und hochpräzise verschränkte Photonen erzeugen.
Ein zentraler Baustein derartiger Netzwerke ist die Quantenteleportation. Sie ermöglicht es, den Quantenzustand eines Photons auf ein anderes, entferntes Photon zu übertragen, ohne die zugrunde liegende Information direkt zu messen. Vor diesem Hintergrund haben Forschende aus dem QR.N‑Verbund an den Standorten Stuttgart, Saarbrücken und Dresden nun einen wichtigen Meilenstein für die Entwicklung halbleiterbasierter Quantenlichtquellen erreicht. Die Ergebnisse wurden Mitte November in einem neuen Paper veröffentlicht.
In seiner Arbeit demonstriert das Forscherteam die vollständig photonische Quantenteleportation mithilfe von Halbleiter-Quantenpunkten, die alle dafür nötigen Anforderungen erfüllen. Zum Einsatz kamen zwei räumlich getrennte GaAs-Quantenpunkte, die im Nahinfrarotbereich emittieren: Einer der Quantenpunkte fungierte als Quelle für verschränkte Photonenpaare, der andere als Einzelphotonenquelle. Das Einzelphoton wurde in konjugierten Polarisationszuständen präpariert und mittels einer polarisationsselektiven Bell-Zustandsmessung mit einem Photon (Emission des Biexzitons) des verschränkten Paares gekoppelt. Auf diese Weise konnte der jeweilige Polarisationszustand auf das andere Photon (Exzitonenemission) des verschränkten Photonenpaares teleportiert werden. Zwei polarisationserhaltende Quantenfrequenzkonverter setzten die Emissionswellenlänge in den verlustarmen Telekom-Wellenlängenbereich um und kompensierten zudem die vorhandene Frequenzfehlanpassung zwischen den Photonenquellen. Die resultierende, postselektive Güte (fidelity) der Teleportation betrug 0,721(33) und lag damit deutlich über der klassischen Grenze – ein klarer Nachweis der erfolgreichen Teleportation zwischen Licht aus verschiedenen Quellen. Hier gibt es weitere Informationen zum Paper.
Quellennachweis: https://www.nature.com/articles/s41467-025–65912‑8