Danske forskere udvikler foton-kanon på en optisk chip

Forskere fra gruppen Kvanteoptik på Niels Bohr Institutet ved Københavns Universitet har udviklet en foton-kanon, der kan finde anvendelse med fotoniske kredsløb.

Foton-kanonen er placeret på en optisk chip i form af en fotonisk krystal med en bredde på 10 mikrometer og en tykkelse på 160 nanometer. Fotonerne udsendes fra en kvanteprik i midten af chippen.

Chippen kan levere en jævn strøm af fotoner, som forskerne med en effektivitet på 98,4 pct. kan sende i en ønsket retning.

»En sådan foton-kanon har været efterspurgt længe inden for forskningsfeltet og åbner helt nye fascinerende muligheder for fundamentale eksperimenter og ny teknologi,« siger professor Peter Lodahl, der leder forskningsgruppen og som sammen med lektor Søren Stoppe er ophavsmand til forskningsprojektet.

Fotoner klumper normalt sammen og spredes let for alle vinde

Fotoner tilhører en klasse af partikler, der kaldes bosoner, og som har den egenskab, at de meget gerne klumper sammen. Det gør det vanskeligt at levere fotoner drypvist. Elektroner tilhører derimod en anden klasse af partikler, såkaldte fermioner, der helst optræder enkeltvis.

Hvis man skal videreudvikle kvantekommunikation baseret på fotoner, er det dog nødvendigt at kunne udsende fotoner én ad gangen.

»Man har brug for at udsende fotonerne fra et fermionisk system, og det gør vi ved at skabe en yderst stærk vekselvirkning mellem lys og stof,« fortæller Peter Lodahl.

Forskerne lyser med laserlys på kvanteprikken. Laserlyset anslår elektronerne i atomerne, som så hopper fra én bane til en anden og dermed udsender én foton ad gangen.

»Normalt vil lys spredes i alle retninger, men vi har konstrueret den fotoniske chip, så alle fotonerne sendes ud gennem én kanal,« siger Søren Stoppe.

Det nye forskningsresultat er beskrevet i en videnskabelig artikel, der er offentliggjort i Physical Review Letters.

Forskere er i gang med at patentere deres arbejde med henblik på at udvikle en prototype af høj-effektiv én-foton-kilde, som vil være direkte anvendelig til kryptering eller beregninger af komplekse kvantemekaniske problemer.