Korrelationspektroskopi med epitaxiella kvantprickar

Single-photons alone in the dark.

Tid: Fr 2020-06-05 kl 09.00

Plats: via Zoom https://kth-se.zoom.us/webinar/register/WN_C4EGweeTS8S2K68zlRomow, If you do not have access to a computer, you can contact haviland@kth.se for further information., (English)

Ämnesområde: Fysik, Optik och fotonik

Respondent: Lucas Schweickert , Kvant- och biofotonik

Opponent: Professor Richard J. Warburton, University of Basel, Department of Physics

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

Abstract

Framstegen inom kvantberäkning förutspår spännande framsteg, inte enbart inom områden såsom medicin och metrologi, utan även inom många industrier som förlitar sig på parametertunga beräkningar eller simulering av molekylinteraktioner. Samtidigt utgör Shors algoritm för kvantdatorer ett hot mot aktuella asymmetriska krypteringsprotokoll som används i vardagskommunikation. Flygande kvantbitar, även känt som singelfotoner, kan hjälpa till att mildra detta problem genom att använda kvantnyckeldistribution, som är immuna mot en ökning av beräkningskraften. Dessutom tillåter de sammanlänkning av kvantdatorer till kvantnätverk, där kvanttillstånd kan överföras mellan kvantdatorerna. Ljuskällor som producerar flygande kvantbitar behöver påvisa högkvalitativa egenskaper i emittans av singelfotoner, repetitionsfrekvenens, oskiljbarhet och ljusstyrka för att kunna användas till dessa applikationer. Idealt vore om de emitterade starkt sammanflätade par av fotoner som kan anpassas i bandbredd och utsläppsenergi.

Denna avhandling går ut på att karakterisera den singelfotonkälla vi valt att fokusera på, nämligen enskilda epitaxiala kvantprickar. Emission av starkt sammanflätade fotonpar demonstreras för tre olika kvantpunktsystem:

  • InAsP-kvantprickar inbäddade i ledande nanotråd, redo att integreras i fotonkretsar, som visar singel-fotonemission under ickeresonant och kvasiresonant excitation. Brott mot Bells olikhet demonstreras genom att använda traditionella set av polarisationsvinklar.
  • GaAs kvantprickar som odlats med hjälp av droppetsning i hål av nanostorlek testas med två resonansexcitationsmetoder: Med hjälp av resonansfluorescens mäts fullständig oskiljbarhet och återexcitationsbegränsad renhet av singelfotoner, dock inte samtidigt som den nedärvda bandbredden från lasern. Med hjälp av tvåfotonresonant excitation sätter vi en ny standard hos singelfotoners renhet, där vi kan generera sammanflätade fotoner med reducerad oskiljbarhet. Dessutom påvisar vi hur paraboloidformade nanofabricerade reflektorer ger en förbättrad extraktion av fotoner samt att fotonenergin kan justeras genom att sträcka ut kvantpricken så att dess emission är resonant med 87Rb D1-linjen.
  • InAs kvantprickar som kan justeras genom sträckning och emitterar fotoner i telekom C-bandet undersöks, dels genom användning av excitation ovanför bandet och dels genom två olika resonanta tvåfotonexcitationstekniker, som alla orsakar ren singelfotonemission. Genom användning av den robusta fononassisterade tvåfotonsexcitationstekniken, kan emission av nära idealt sammanflätade fotonpar demonstreras.

För många av dessa upptäckter registreras fotonernas ankomsttider över flera timmar med tidsprecision i storleksordningen av 10 ps. Vi har utvecklat en användarvänlig och mångsidig mjukvara för att kunna extrahera så mycket information som möjligt från denna enorma datamängd.

Dessa resultat kommer att underlätta integration av kvantprickbaserade singelfoton-- och sammanflätningskällor i framtida kvantnätverk och kvantnyckeldistributionssystem.

urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-273213