Begehrte Lichtquanten

Winzige Kristalle liefern verschränkte Photonen in großer Zahl

Von Rainer Scharf

Eine kompakte Lichtquelle, die auf Knopfdruck Paare von miteinander verschränkten Photonen - Lichtquanten, die sich stets wie ein einheitliches Quantensystem verhalten - in großer Zahl produziert, haben Forscher von der University of Cambridge (England) entwickelt. Mehr als 70 Prozent der damit erzeugten Photonenpaare weisen quantenmechanisch verschränkte Polarisationszustände auf, wie Robert J. Young und seine Kollegen in einer der kommenden Ausgaben des "New Journal of Physics" berichten. Wird die Schwingungsrichtung eines dieser Teilchen ermittelt, liegt augenblicklich auch die Polarisation des Partners fest, ganz gleich, wie weit die beiden Photonen voneinander entfernt sind.

Mit herkömmlichen Verfahren erreicht man prinzipiell nur eine Ausbeute von maximal 50 Prozent an verschränkten Lichtquanten. Deshalb dürfte das Verfahren der Forscher um Young auf großes Interesse in der Quantenkommunikation und der Quantenkryptographie stoßen, wo man verschränkte Photonenpaare für die abhörsichere Datenübertragung nutzt. Ein Lauscher, der eines der Photonen anzapfte, würde sich sofort verraten, da es dem Abhören einer Messung gleichkäme.

Herzstück der Photonenquelle sind nanometergroße Halbleiterkristalle aus Indium- und Gallium-Arsenid, sogenannte Quantenpunkte, die mit den Lichtpulsen einer Laserdiode angeregt werden. Pro Laserpuls entstehen in jedem Kristall zwei Elektronen und zwei positiv geladene Löcher. Da die Teilchen locker aneinander gebunden sind, können sie sich im Kristall nicht weit voneinander entfernen. Deshalb fallen die Elektronen nahezu gleichzeitig wieder in die Löcher zurück, wobei zwei Photonen abgestrahlt werden, deren Polarisationen verschränkt sind.

Die Forscher um Young hatten erst kürzlich herausgefunden, daß nanometergroße Quantenpunkte aus Indium-Arsenid verschränkte Photonenpaare abgeben, wenn sie mit kurzen Laserpulsen bestrahlt werden ("Nature", Bd. 439, S. 179). Allerdings war die Ausbeute noch nicht allzu groß. Dank einer verfeinerten Technik ist es den Wissenschaftlern gelungen, den Ertrag an korrelierten Lichtquanten zu erhöhen.
 

Text: F.A.Z., 13.02.2006, Nr. 37 / Seite 38