Onderzoekers van de Technische Universiteit Eindhoven kunnen nu voor het eerst een miniatuur lichtbron op afstand besturen op tijdschalen van 200 biljoenste van een seconde. Ze publiceerden de resultaten op september 2014 in het online tijdschrift Natuur Nanotechnologie . Natuurkundigen van de groep Photonics and Semiconductor Nanophysics in Eindhoven, onder leiding van prof. Andrea Fiore, hebben een manier ontwikkeld om de lichtbronnen op nanoschaal op een extreem korte tijdschaal op afstand te bedienen. Deze lichtbronnen zijn nodig om kwantuminformatie te kunnen doorgeven.

De onderzoekers etsten een fotonisch kristal rond een aantal kwantumdots in een halfgeleiderlaag. Quantum dots zijn kleine structuren die spontaan licht uitstralen als gevolg van atomaire processen. Als een korte laserpuls op het fotonische kristal wordt afgevuurd, zijn brekingsindex wordt gewijzigd en de kwantumstip ervaart een verandering in het elektromagnetische veld eromheen. Deze verandering kan de emissie van licht per punt versnellen of vertragen. Zodra de brekingsindex zijn gebruikelijke waarde heeft bereikt, de stip straalt weer op de normale manier licht uit.

Ultrakorte lichtflits

Met deze techniek kan de spontane lichtuitstraling door de stip naar believen worden in- en uitgeschakeld. Het meest opvallende aan deze methode is dat de duur van de lichtflits aanzienlijk korter kan worden gemaakt dan de natuurlijke levensduur van zo'n stip als lichtbron. In het huidige artikel beschrijven de onderzoekers een experiment waarbij de lichtpuls 200 picoseconden (biljoensten van een seconde) lang was. Op basis van de onderliggende theorie, de onderzoekers verwachten deze lichtpulsen nog een factor tien korter te kunnen maken. Verder, de onderzoekers toonden aan dat de emissie van de lichtbron gecontroleerd kon worden met een laserpuls op relatief grote afstand van de bron.

Kwantuminformatie

Dit resultaat is belangrijk voor de overdracht van kwantuminformatie, bijvoorbeeld. Hiervoor zijn lichtbronnen nodig die individuele fotonen (lichtdeeltjes) kunnen uitzenden. Het kunnen sturen van tijdsafhankelijke eigenschappen van deze fotonen is belangrijk voor de uitwisseling van quantuminformatie tussen verschillende partijen. De nu voorgestelde methode voor de afstandsbediening van de lichtbron maakt dit mogelijk zonder de andere eigenschappen van de uitgezonden fotonen te beïnvloeden.