Universiteit Leiden Universiteit Leiden

Nederlands English

Licht gemanipuleerd met groot kunstmatig atoom

Het blijkt mogelijk om licht te manipuleren met grote kunstmatige atomen, zogenoemde quantum dots. Eerder lukte dit alleen zo goed met behulp van losse, echte atomen. Het is een belangrijke stap richting kwantumtechnologie op basis van licht. Publicatie op 30 augustus in Nature Communications.

Als je tijdens een presentatie met je laserpen op het scherm wijst, schiet een onnoemelijk aantal lichtdeeltjes met een miljard kilometer per uur door de lucht. Dat doen ze niet in een constante stroom, maar in pakketjes van verschillende hoeveelheden deeltjes. Soms komen er ineens vier zogenoemde fotonen voorbij, en soms even helemaal geen. Tijdens een presentatie merk je hier niets van, maar voor kwantumtechnologie met licht is het cruciaal dat wetenschappers controle hebben over het aantal fotonen per pakketje.

Quantum dots

In theorie kun je fotonen manipuleren met losse atomen, maar vanwege hun kleine afmeting is het erg lastig om hiermee te werken. Nu hebben Leidse natuurkundigen ontdekt dat hetzelfde principe geldt voor grote kunstmatige atomen—zogenoemde quantum dots—die veel gemakkelijker hanteerbaar zijn. Sterker nog, ze zijn er in geslaagd om de lichtbundels met één foton per pakketje uit een laserstraal te filteren. ‘Nog een groot voordeel van quantum dots is dat het systeem al werkt in enkele nanoseconden,’ zegt eerste auteur Henk Snijders. ‘Terwijl je bij atomaire systemen microseconden nodig hebt, dus duizend keer langer. Zo kunnen we de fotonen veel sneller manipuleren.’

Kwantumcryptografie

Het grote doel van de onderzoeksgroep onder leiding van prof. Dirk Bouwmeester is om veel fotonen met elkaar te verstrengelen met behulp van quantum dots. Dit is bijvoorbeeld essentieel voor technieken als kwantumcryptografie. Snijders: ‘Dit onderzoek liet laat zien dat we alvast in staat zijn om losse fotonen met ons systeem te manipuleren. En het mooie is dat we in principe geen grote proefopstellingen nodig hebben. We kunnen onze quantum dots gewoon in kleine microchips integreren.’

Publicatie

Purification of a single photon nonlinearity, H. Snijders, J. A. Frey, J. Norman, M. P. Bakker, A. Gossard, J. E. Bowers, M. P. van Exter, D. Bouwmeester, and W. Löffler, Nature Communications

Tussen twee spiegels filtert de quantum dot de lichtbundels met slechts één foton per pakketje uit de laserstraal, zodat alleen pakketjes overblijven met meerdere fotonen.