Fotoner åbner porten til kvantenetværk – Niels Bohr Institutet - Københavns Universitet

Videresend til en ven Resize Print Bookmark and Share

Niels Bohr Institutet > Nyheder > Nyheder 2015 > Fotoner åbner porten t...

23. oktober 2015

Fotoner åbner porten til kvantenetværk

Kvantenetværk

Der er fantastiske fremtidsperspektiver for ny informationsteknologi baseret på lys (fotoner). Fotoner (lyspartikler) er meget velegnede til at kunne bære informationer, og kvanteteknologi baseret på fotoner - kaldet kvantefotonik, vil kunne indeholde langt mere information end den nuværende computerteknologi. Men for at kunne skabe et netværk med fotoner har man brug for en fotonkontakt, en slags transistor, der kan kontrollere transporten af fotonerne i et kredsløb. Det er lykkedes for forskere på Niels Bohr Institutet i samarbejde med forskere fra Korea Institute of Science and Technology at skabe en sådan kontakt. Resultaterne er publiceret i det videnskabelige tidsskrift, Nature Communications.

Søren Stobbe, lektor, Peter Lodahl, professor og Alisa Javadi, postdoc foran Niels Bohr Institutet på Blegdamsvej i København.

Kvanteinformation kan sendes optisk, det vil sige med lys, og signalet består af fotoner, som er den mindste del (et kvant) af en lyspuls. Kvanteinformationen ligger i, hvilken bane fotonen sendes i – den kan f.eks. sendes til højre eller til venstre på et halvgennemsigtigt spejl. Det kan sammenlignes med den gængse computerverdens opbygning af bits bestående af 0 og 1-taller. Men en kvante-bit er mere end en klassisk bit, da den både er 0 og 1 på samme tid, og den kan ikke aflæses uden at det bliver opdaget, da den kun indeholder én foton. Desuden kan kvanteteknologi bruges til at lagre langt mere information end almindelig computerteknologi, så teknologien har meget stort potentiale for fremtidens informationsteknologi.

Styrer lyset

Lys spredes normalt i alle retninger. Men for at udvikle kvanteteknologi baseret på lys, skal man kunne styre lyset helt ned til de enkelte fotoner. Det arbejder forskerne i forskningsgruppen Kvantefotonik på Niels Bohr Institutet på, og til det bruger de en optisk chip, hvor der er indlejret et såkaldt kvantepunkt. Den optiske chip består af en ekstremt lille fotonisk krystal, som er 10 mikrometer i bredden (1 mikrometer er en tusindedel af en millimeter), og tykkelsen er 160 nanometer (1 nanometer er en tusindedel af en mikrometer). Inde i midten af chip’en er der indlejret et såkaldt kvantepunkt, som består af en samling atomer.

Alisa Javadi, postdoc i forskningsgruppen Kvantefotonik har arbejdet med eksperimenterne i laboratoriet på Niels Bohr Institutet.

”Vi har udviklet den fotoniske chip, så kvantepunktet udsender én foton ad gangen, og vi kan styre fotonens retning. Vores nye store landvinding er, at vi kan bruge kvantepunktet som en kontakt for fotonerne – en slags transistor. Det er en vigtig komponent for at kunne skabe et komplekst netværk af fotoner”, fortæller Peter Lodahl, professor og leder af forskningsgruppen Kvantefotonik på Niels Bohr Institutet ved Københavns Universitet. 

’Port’ for fotoner

Eksperimenterne foregår i forskningsgruppens laboratorier, der ligger i kælderen under Niels Bohr Institutet, da der hverken må være rystelser fra vejen eller forstyrrende lys fra omgivelserne.

Illustrationen viser en optisk chip, hvor der er indlejret et såkaldt kvantepunkt. Kvantepunktet kan fungere som en port eller transistor for fotoner. Øverste tegning viser, at hvis man sender én foton ind på kvantepunktet, bliver den kastet tilbage – porten er lukket. Nederste tegning viser, at sender man to fotoner ind, åbnes porten, og de to fotoner sendes videre. Kvantepunktet virker altså som en fotonkontakt, og det er en vigtig komponent, når man vil bygge komplekse kvantefotoniske kredsløb i stor skala. Illustration: Alisa Javadi, Niels Bohr Institutet.

I eksperimentet bruger de en laser til at producere fotonerne. Dæmpes laseren kraftigt, kommer der én foton. Øges intensiteten får man med større sandsynlighed 2 eller flere fotoner på samme tid. Antallet af fotoner er vigtigt for virkningen.

”Sender vi én foton ind på kvantepunktet, bliver den kastet tilbage – porten er lukket. Men hvis vi sender to fotoner ind ændres situationen fundamentalt – porten åbnes, og de to fotoner bliver sammenfiltrede (entangled) og sendes videre”, fortæller Alisa Javadi, der er postdoc i forskningsgruppen, og som har arbejdet med eksperimenterne i laboratoriet på Niels Bohr Institutet.

Kvantepunktet virker altså som en fotonkontakt – en transistor, og det er en vigtig komponent, når man vil bygge komplekse kvantefotoniske kredsløb i stor skala.

Peter Lodahl, professor, leder af forskningsgruppen Kvantefotonik på Niels Bohr Institutet ved Københavns Universitet. Tlf: +45 2056-5303, lodahl@nbi.ku.dk

Søren Stobbe, lektor i forskningsgruppen Kvantefotonik på Niels Bohr Institutet ved Københavns Universitet. +45 3532-5216, +45 6065-6769, stobbe@nbi.ku.dk

Alisa Javadi, postdoc i forskningsgruppen Kvantefotonik på Niels Bohr Institutet ved Københavns Universitet. javadi@nbi.ku.dk