04.02.2010 Innerhalb des durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Projektes QPENS konnten Wissenschaftler der Universität Würzburg nun einen Durchbruch im Hinblick auf die kontrollierte elektrische Erzeugung von einzelnen Lichtteilchen erzielen. Die bisherige Rekordmarke für die Effizienz einer elektrisch betriebenen Einzelphotonen emittierenden Mikrostruktur, welche 2008 in Cambridge innerhalb einer Kooperation von renommierten Wissenschaftlern der Firma Toshiba und des Cavendish Laboratoriums gesetzt wurde, konnte dabei um mehr als das Doppelte auf einen Wert von 34% gesteigert werden. Darüber hinaus konnte mit 47 MHz auch ein neuer Bestwert für die nachgewiesene Rate der einzeln emittierten Photonen erreicht werden. Dieser Wert übertrifft den unter optischer Anregung erzielten Rekordwert von 31 MHz merklich und zeigt damit das hohe Potential auf, welches die elektrische Anregung bietet. Die im Mikrostrukturlabor des Lehrstuhls für Technische Physik hergestellten Einzelphotonenquellen basieren auf qualitativ hochwertigen Mikroresonatortürmchen, für welche die Würzburger Wissenschaftler weltweites Ansehen in Fachkreisen genießen. Die zunehmend anwendungsorientierte Forschung auf diesem Gebiet zielt auf eine zukünftige Schlüsselanwendung der Quantenmechanik ab: Die Quantenkryptographie erlaubt durch die Verwendung einzelner Photonen eine absolut abhörsichere Verschlüsselung von Daten.
Während die einzelphotonenerzeugenden Dioden der Universität Würzburg bei ihrem Betrieb noch kryogene Temperaturen benötigen, arbeiten die weiteren Projektpartner der Universität Bremen, des Forschungszentrums Jülich sowie der Firma „AIXTRON“ aktuell intensiv an der Entwicklung elektrisch betriebener Emitter auf GaN Basis, welche auch nahe Raumtemperatur ihre Funktionsweise aufrechterhalten können. Dies würde einen weiteren wichtigen Schritt in Richtung Alltagsanwendung bedeuten. Parallel zu diesen Anstrengungen arbeiten Mitarbeiter der Ludwig-Maximilians Universität München in enger Kooperation mit den Firmen „Becker & Hickl“ sowie „qutools“ am Einsatz der neuartigen Einzelphotonenquellen in einem abhörsicheren Datenkanal in Freistrahloptik.
Ihren Alltagstest außerhalb der Labors bestand die Quantenkryptographie im Rahmen der Schweizer Parlamentswahlen im Jahre 2007 – damals jedoch wurden stark abgeschwächte Laser als Einzelphotonenemitter eingesetzt. Mit diesen Quellen läßt sich eine komplett sichere Datenübertragung aber nur mit Zusatzvorkehrungen realisieren, welche die maximal erzielbare Datenrate merklich herabsetzen. Die im Rahmen des QPENS-Projektes entwickelten Emitter senden hingegen einzelne Photonen auf elektrischen Knopfdruck aus und versprechen somit deutlich höhere realisierbare Datenraten. Mit der Herstellung dieser hocheffizienten Quellen könnte diese Technologie aus ihren Kinderschuhen entwachsen und in absehbarer Zeit breite Anwendung beim Austausch sensibler Daten finden.
Pressemeldung Universität Würzburg, Februar 2009
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Sven Höfling
Technische Physik
Universität Würzburg
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