Universiteit Leiden

nl en

Fysici sturen losse identieke lichtdeeltjes door glasvezel

Leidse natuurkundigen hebben een lichtbron gemaakt die via glasvezels losse deeltjes in identieke toestand uitzendt. Met die opstelling meten ze langer en efficiënter, zodat ze dieper onderzoek kunnen doen aan bizarre quantumeffecten, zoals interferentie en verstrengeling. Publicatie op 28 maart in Physical Review Applied.

Als je een lichtbundel goed bestudeert, zie je dat die uit lichtdeeltjes bestaat. Deze zogenoemde fotonen vliegen niet netjes één voor één uit een lamp, maar komen onregelmatig tevoorschijn in fotonenpakketjes. Wetenschappers hebben recent uitgevonden dat je fotonen wél mooi in het gelid krijgt met speciale enkel-foton lichtbronnen. Die bestaan uit zogenoemde quantum dots. Een groep Leidse natuurkundigen heeft nu een enkel-foton lichtbron gemaakt met fotonen die identiek zijn in al hun facetten, zoals kleur en polarisatie. Bovendien hebben ze het toestel volledig gekoppeld aan glasvezels. Deze combinatie is uniek en betekent een mijlpaal in de quantumfotonica.

Quantumnetwerken

‘Het voordeel van glasvezel is dat je alleen een stel kabels aan elkaar hoeft te klikken,’ zegt Wolfgang Löffler. ‘En daarna kun je je experiment zomaar een maand aan laten staan zonder opnieuw uit te lijnen. Daarom kunnen we nu de focus leggen op andere gedeeltes van quantumoptische experimenten.’ Daarmee doelt Löffler bijvoorbeeld op het toetsen van effecten die nodig zijn voor quantumnetwerken. Zo stuurt hij samen met Henk Snijders—eerste auteur van hun publicatie—en Dirk Bouwmeester fotonen naar een klein glasvezelnetwerk om quantum-interferentie en verstrengeling te testen. ‘Door het gemak van de glasvezelkoppeling kunnen we straks hopelijk veel meer fotonen verstrengelen. Daar zit nog heel veel fascinerende fundamentele natuurkunde achter.’

Precisie

Om de nieuwe glasvezelopstelling te ontwikkelen moesten de fysici een aantal piepkleine onderdelen precies op elkaar passen. Ze produceren losse fotonen met een quantum dot—een kunstmatig atoom van een paar nanometer. Die quantum dot zit verpakt binnen een halfgeleider, die op zijn beurt is geïntegreerd met een optische trilholte. ‘Daarna moesten we nog een glasvezel vastplakken op de halfgeleider, met een precisie van enkele nanometers,’ legt Löffler uit. ‘En dat terwijl het hele toestel krimpt met tientallen micrometers omdat we het afkoelen tot vier graden boven het absolute nulpunt.’

Publicatie

H. J. Snijders, J. A. Frey, J. Norman, V. P. Post, A. C. Gossard, J. E. Bowers, M. P. van Exter, W. Löffler, D. Bouwmeester, ‘A fiber coupled cavity QED source of identical single photons’, Physical Review Applied