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Physiker der Universität Paderborn haben erstmals experimentell die sogenannte „Wiederkehr“ von Rabi-Oszillationen in Halbleiter-Quantenpunkten nachgewiesen. Das Phänomen, das bereits 2007 theoretisch vorhergesagt wurde, beschreibt die Abnahme der Emmissionsintensität der Quantenpunkte, die durch Wechselwirkungen mit den Gittervibrationen eines Festkörpers (Phononen) zunächst gedämpft werden. Erst durch eine ausreichend starke Lichtanregung kann die ursprüngliche Intensität wiederhergestellt werden und die Oszillation „erwacht“: ein Effekt, der bislang nur in idealisierten theoretischen Modellen existierte und nun bewiesen wurde.
Die Ergebnisse, die in der renommierten Fachzeitschrift „Physical Review Letters“ veröffentlicht wurden, markieren einen entscheidenden Schritt hin zu skalierbaren Quantenanwendungen. „Es ist ein Meilenstein, dass wir diesen fundamentalen quantenmechanischen Effekt nun endlich experimentell beobachten und nachvollziehen können“, sagt Prof. Dr. Klaus Jöns, Leiter der Arbeitsgruppe „Hybrid Quantum Photonic Devices“ am Department Physik. „Unsere Ergebnisse zeigen, dass wir mit Halbleiter-Quantenpunkten heute in der Lage sind, quantenoptische Prozesse mit einer Präzision zu steuern, die früher nur mit natürlichen Atomen möglich war“, so Prof. Jöns weiter.
Der Nachweis gelang dem Team dank der langjährigen Erfahrung mit speziellen GaAs-Quantenpunktproben, die in enger Zusammenarbeit mit Prof. Dr. Armando Rastelli von der Johannes-Kepler-Universität Linz entwickelt wurden. Die experimentellen Daten wurden gemeinsam mit der Arbeitsgruppe „Theorie funktionaler photonischer Strukturen“ von Prof. Dr. Stefan Schumacher, ebenfalls vom Department Physik der Universität Paderborn, und der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Doris Reiter, TU Dortmund, analysiert und verifiziert. „Unsere theoretischen Modelle konnten die experimentellen Befunde nicht nur erklären, sondern auch verfeinern“, sagt Prof. Schumacher. „Die Wiederkehr der Rabi-Oszillationen ist kein isolierter Effekt, sondern ein klarer Hinweis auf die hohe Kohärenz und Kontrollierbarkeit der Quantenpunkte.“ Die Forschung an und mit Quanten betreiben die Physiker am Institut für Photonische Quantensysteme (PhoQS) der Universität Paderborn, wo sie u. a. in den Bereichen Quanten-Simulation, -Kommunikation, -Metrologie und -Computing tätig sind.
„Die Kontrolle solcher quantenmechanischen Prozesse mit Halbleitertechnologie ist ein Sprung vorwärts für die Entwicklung von Quantencomputern, Quantenkommunikationssystemen und neuartigen photonischen Bauelementen“, betont Prof. Jöns. „Wir beweisen, dass künstliche Atome in Halbleitern mittlerweile eine Qualität erreicht haben, die den Vergleich mit natürlichen Atomen nicht mehr scheuen müssen.“
Zum Paper: https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/s212-43gs
Prof. Dr. Klaus Jöns, Department Physik der Universität Paderborn, Gruppenleiter Hybrid Quantum Photonic Devices, Fon: +49 5251 60-7030, E-Mail: klaus.joens@uni-paderborn.de
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/s212-43gs
Criteria of this press release:
Journalists, Scientists and scholars
Information technology, Physics / astronomy
transregional, national
Research results, Scientific Publications
German
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