Onderzoekers van de Technische Universiteit Eindhoven hebben een manier bedacht om binnen een miljardste seconde controle te krijgen op de vorm van fotonen. Het experiment is van belang voor de ontwikkeling van informatieoverdracht tussen kwantumcomputers.
De wetenschappers van de TU/e en het FOM voorzagen een fotonisch kristal van halfgeleidermateriaal dat fotonen kan uitzenden. Zo’n quantum dot in kristal noemen onderzoekers een optische trilholte en het kristal dient als filter. Door extreem korte elektrische pulsen aan te brengen, bepaalden ze hoe de quantum dot interacteert met de trilholte en hoe het foton wordt uitgezonden. Door de sterkte af te wisselen konden ze daarbij de vorm van het foton bepalen.
Dit manipuleren van de verzending is eerder gedaan, maar nog nooit zo snel. “De energie van een foton strekt zich slechts over één nanoseconde uit, dus als je iets wilt aanpassen, moet je dat binnen die tijd doen”, legt onderzoeksleider Andrea Fiore van de TU Eindhoven uit. Hij maakt hierbij de vergelijking met de sluitertijd van een camera.
Het experiment betekent een stap voorwaarts voor de ontwikkeling van een kwantuminternet: het brengt zeer efficiënte uitwisseling van fotonen dichterbij. De precieze beheersing is nodig om tot een symmetrische vorm van fotonen te komen. Van nature hebben fotonen die door atomen worden uitgezonden geen symmetrische vorm, maar voor informatieoverdracht is dat wel vereist. Wetenschappers kunnen nu experimenteren met het produceren van enkele, te manipuleren fotonen die op termijn gebruikt kunnen worden om informatie te encoderen.
Dat moet op zijn beurt tot een kwantumnetwerk leiden. Een van de beoogde doelen van kwantumcomputers is dat ze ingezet gaan worden voor zeer sterke versleuteling en het kraken van encryptie. Een kwantumnetwerk moet dan zorg dragen voor de beveiligde overdracht van kwantuminformatie.
De wetenschappers beschrijven hun onderzoek in het artikel Dynamically controlling the emission of single excitons in photonic crystal cavities in het wetenschappelijk tijdschrift Nature Communications.
