Welkom

Individuele fotonen zijn de ideale kwantum deeltjes volgens natuurkundigen en ingenieurs die de wereld van de informatie techniek en telecommunicatie proberen te revolutioneren met behulp van kwantum technologieën. Kwantum technologieën gebruiken de unieke kwantum eigenschappen van individuele kwantum deeltjes (zoals superpositie, één deeltje dat op twee plaatsen tegelijkertijd is) voor het maken van super snelle computers en onbreekbare versleutelde communicatie.


Kwantum informatie wetenschappers weten al geruime tijd dat een “quantum repeater”, een component dat het signaal niet versterkt, maar de foton opslaat in een statisch kwantum deeltje en de kwantum toestand overdraagt aan een tweede foton, een onmisbaar onderdeel is voor een kwantum computer of kwantum communicatie systeem.


Een quantum repeater zou te realiseren moeten zijn met behulp van halfgeleider technologie. Een “quantum dot”, een half geleider structuur met dimensies van slechts enkele honderden kubieke nanometers, is instaat een enkele elektron te vangen en de kwantum toestand lang genoeg te behouden om kwantum communicatie over duizenden kilometers mogelijk te maken.


Om deze technologie mogelijk te maken is het noodzakelijk om de quantum dot, die de elektron vangt, te combineren met een structuur die fotonen kan vangen: een nano-fotonische cavity. Door de elektron en de foton op de zelfde plaats te vangen (enkele honderden picoseconden is genoeg) wordt de informatie vele malen efficiënter overgedragen. Zonder te nano-fotonische cavity wordt de informatie slechts overgedragen voor één op de 10.000 fotonen, maar met kan de overdracht tot 100% bedragen.


SPANGL4Q zal de grenzen verleggen van wat mogelijk is met deze nano-fotonische componenten. We zullen de opslag tijd van kwantum informatie in een elektron verhogen van een miljoenste van een seconde tot enkele seconden. Door langzaam de informatie van het elektron over te dragen naar de geïsoleerde nuclei in de quantum dot wordt het mogelijk voor de foton om tienduizenden kilometers af te leggen voordat de informatie verloren gaat, wat globale kwantum communicatie mogelijk maakt.


Om dit mogelijk te maken is het noodzakelijk om de werking van licht in kleine structuren te herzien. Fotonische structuren worden veel gebruikt, vooral binnen de telecommunicatie, en er wordt al vele jaren onderzoek gedaan op die vakgebied. Desalniettemin, is het manipuleren van de polarisatie van een enkel foton met behulp van nano-fotonische structuren niet een gevestigde techniek en zal het SPANGL4Q team vanaf eerste beginselen deze technieken moeten ontwikkelen. Het begrip van hoe licht zich gedraagt in een nano-fotonische omgeving zal leiden naar een reeks nieuwe applicaties in bijvoorbeeld telecommunicatie, gezondheidszorg en informatie beveiliging.