Till innehåll på sidan

Halvledar kvantoptik vid telekom våglängd

Tid: Fr 2020-12-04 kl 09.00

Plats: https://kth-se.zoom.us/webinar/register/WN_wpxDGn7gRhiPt_SPU_544Q, (English)

Ämnesområde: Fysik, Optik och fotonik

Respondent: Katharina Zeuner , Kvant- och biofotonik, Quantum Nano Photonics

Opponent: Professor Stephan Reitzenstein, TU Berlin

Handledare: Val Zwiller, Kvant- och biofotonik; Klaus D. Jöns, Kvant- och biofotonik

Exportera till kalender

Abstract

Kvantteknologi är ett växande fält inom både teoretisk och tillämpad fysik som fokuserar på att utveckla protokoll och applikationersom utnyttjar kvantmekaniska fenomen. Exempel på detta inkluderar kvantdatorer och kvantkommunikation. Kvantdatorer utlovar en ökad beräkningshastighet grundad i superposition, vilket är relevant för optimerimg och simulering samt faktorisering av stora tal vilket utgör ett hot för klassisk kryptering. Kvantkommunikation utgör en lösning till detta problem och erbjuder kommunikation vars säkerhet är garanterad av kvantmekanikens lagar. Utöver detta möjliggör kvantkommunikation utbyte av kvantinformation mellan avlägsna kvantdatorer vilket tillåter utspridning av kvantberäkningar. En infrastruktur som möjliggör sammankopplingen av kvantdatorer eller kvantprocessorer kallas även för ett kvantnätverk. Stationära kvantbitar vid noderna av nätverket används för att förvara och behandla kvantinformation medan flygande kvantbitar kopplar samman noderna och används för utbyte av kvantinformation. Fotoner är exemplariska flygande kvantbitar då de färdas med ljusets hastighet och har ett lågt interaktionstvärsnitt . En konsekvens av detta är att kvantnätverk kräver kvanttillstånd av ljus att agera som flygande kvantbitar. Dessa kvantiserade ljustillstånd har stränga krav att vara intrasslade, oskiljbara och matcha i våglängd så attt de antingen upplever små förluster vid transport i optiska fiber eller att de matchar till andra kvantteknologier som atom baserade kvantminnen.

I denna avhandling har utstrålningen av enstaka, oskiljbara eller intrasslade fotoner studerats från enstaka självmonterade optiskt aktiva halvledare kvantprickar, vår föredragna kvanttillstånds genererare. Dessa kvantprickar producerar fotoner i telekomfrekvens eller nära D1-övergången i Rubidium. Huvudaspekten av denna avhandling har varit att experimentellt undersöka möjligheten att integrera dessa foton källor i kvantnätverk genom att möjliggöra våglängds-justering, integrera dem i optiska strukturer samt använda resonant excitation för att generera fotoner med ej tidigare skådad renhet, oskiljbarhet eller intrassling samstämmighet. För frekvenser nära telekomfrekvens undersöks InAsP kvantprickar i nanorör med utstrålning skiftad från nära infrarött till telekom O-band och C-band. Utstrålning av enstaka fotoner demonstreras med livsstid för kvantprickarna jämförbara med  deras nära infraröd motsvarigheter. Utöver detta har har kvantprickar av InAs/GaAs som utstrålar i telekom C-bandet integrerats på piezo-elektriska substrat, dess utstrålning modulerats till sidoband med hjälp av komersiell telekommunikationsutrustning och vi generear enstaka fotoner på begäran genom att använda två foton-resonant excitation och på begäran intrasslade fotoner via en fonon assisterad resonans.

Dropetsade GaAs kvantprickar med utstrålning nära D1 Rubidium övergången har exciterats med hjälp av två foton-resonans för att generera enstaka fotoner med oöverträffad renhet och intrasslade fotoner som användes för att utföra intrasslings överföring. Vid resonant fluorescens kunde enstaka och oskiljbara fotoner utvinnas. Både resonanta excitations teknikerna jämförs teoretiskt för att undersöka deras begränsningar. Utöver detta integreras kvantprickarna på piezo-kontrollerad bredband microparabolisk kavitet för förhöjd utkopplings effektivitet.

urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-285782