Quantenstrahler, die sowohl ununterscheidbare als auch polarisationsverschränkte Photonen erzeugen, sind eine wesentliche Voraussetzung für die photonenbasierte Quanteninformationsverarbeitung.
Bauch et al. untersuchen die kavitätsgestützte Erzeugung von hochgradig ununterscheidbaren und gleichzeitig verschränkten Photonenpaaren aus Halbleiter-Quantenpunkten. Die Autoren kombinieren Maxwell-Simulationen des optischen Resonators mit Quantensimulationen des Quantenpunkts und finden optimale Designstrategien und Parameter für die Implementierung solcher Emitter-Bauelemente für Quanteninformationstechnologien.
Während die entartete Zwei-Photonen-Emission eines Biexzitons eine hohe Polarisationsverschränkung, aber eine geringe Ununterscheidbarkeit bietet, weisen Einzelphotonen aus der Biexziton-Exziton-Grundkaskade in der Regel die gegenteiligen Eigenschaften auf, was vor allem auf das Biexziton-Exziton-Lebensdauerverhältnis zurückzuführen ist.
Um diese Herausforderung zu bewältigen, muss die Lebensdauer des Biexzitons künstlich verringert werden. In dieser Studie erreichen die Autoren diese Verringerung, indem sie ein kreisförmiges Bragg-Gitter in das System einführen, wodurch Purcell den Biexziton-Exziton-Übergang verstärkt und folglich die Lebensdauer des Biexzitons verringert.
Der Hohlraum wird durch Maxwell-Simulationen optimiert, und die Quanteneigenschaften der emittierten Photonen werden mit einer umfassenden quantenmechanischen Beschreibung simuliert. Die resultierenden Photonen weisen eine hohe Ununterscheidbarkeit auf und behalten gleichzeitig einen hohen Grad an Polarisationsverschränkung.
Link zur Veröffentlichung: https://doi.org/10.1002/qute.202300142
