Projektbeschreibung
Neue Option: Einzelphotonenquellen auf Basis von Rubidium-Atomdampf
Einzelphotonenquellen mit begrenzten Fourier-Transformationslinien gelten als vielversprechende Möglichkeit für den Einsatz in den photonischen Quantentechnologien. Quellen dieser Art funktionieren auf der Basis resonanter Licht-Atom-Wechselwirkungen innerhalb eines Ensembles schwach gekoppelter Emitter. Durch Quanteninterferenz kann die Photonenstatistik schwacher kohärenter Zustände beim Durchlaufen des Ensembles modifiziert werden. Erst vor kurzem konnte dieser Mechanismus der Quanteninterferenz an kalten Atomen demonstriert werden. Bei der Wechselwirkung mit einer bestimmten Anzahl von Emittern können die kohärenten Zustände in Einzelphotonenströme umgewandelt werden. Das im Rahmen der Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen finanzierte Projekt AVATURN verfolgt das Ziel, Rubidium-Atomdampf anstelle kalter Atome einzusetzen. Aus diesen Bemühungen könnten Einzelphotonenquellen hervorgehen, bei denen es nicht mehr erforderlich ist, kryogene Umgebungen zu erschaffen.
Ziel
This project aims at developing a source of Fourier-transform-limited single-photons which does not require ultra-high-vacuum (UHV) or cryogenic environment. Thanks to these characteristics, such a source is ideally suited for practical applications. It relies on a novel approach based on a collectively enhanced resonant light-atom interaction within an ensemble of weakly coupled emitters. The key mechanism is a photon-number dependent quantum interference that can modify the photon-statistics of a weak coherent state, i.e. bunching or antibunching, when travelling through the ensemble. Interestingly, when interacting with a critical number of emitters, the coherent state can be transformed into a stream of antibunched single photons. In such a case the ensemble acts as a single-photon turnstile. The transmitted single photons are indistinguishable – an important feature for most quantum information applications. While this interference mechanism was recently experimentally demonstrated with cold atoms in our team, in this proposal we explore a whole new regime with thermal atomic vapor of Rubidium. Different strategies will be implemented to mitigate the effect of the much broader velocity class of the atoms in the thermal vapor. In particular, a velocity-selective excitation scheme will allow to circumvent the Doppler broadening. In addition to the remarkable feature of not requiring complex optical setups and cooling, this new source would generate single photons at telecom wavelength of 1529 nm, well-suited for long distance communication. On the other hand, it also enables integration with the mature technological platform of silicon photonics. Finally, in order to increase its practicability, the current proposal envisions to explore two different fiber-integrated designs for such a source: a nanofiber (evanescently coupled to the thermal vapor) and a hollow-core photonic crystal fiber (filled with the thermal vapor).
Wissenschaftliches Gebiet
Schlüsselbegriffe
Programm/Programme
Thema/Themen
Aufforderung zur Vorschlagseinreichung
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MSCA-IF - Marie Skłodowska-Curie Individual Fellowships (IF)Koordinator
10117 Berlin
Deutschland