W ramach obchodów stulecia fizyki kwantowej, ogłoszonego przez UNESCO oraz Zgromadzenie Ogólne ONZ, przypadającego na rok 2025, Niemieckie Towarzystwo Fizyczne zainicjowało projekt QuanTour, którego zadaniem jest popularyzacja technologii kwantowych oraz zapoznanie szerokiego grona odbiorców ze specyfiką pracy naukowców w różnych krajach europejskich. W ramach tego projektu źródło emitujące pojedyncze kwanty promieniowania elektromagnetycznego (źródło pojedynczych fotonów), stanowiące niezbędny element sieci kwantowych, będzie przekazywane między europejskimi laboratoriami prowadzącymi badania w tej tematyce. Projekt będzie trwał rok i weźmie w nim udział 12 krajów, w tym Polska, dokąd źródło zawita 24 lutego 2025 roku. Koordynatorem projektu na terenie naszego kraju jest dr inż. Anna Musiał z Laboratorium Optycznej Spektroskopii Nanostruktur (Katedra Fizyki Doświadczalnej) z Politechniki Wrocławskiej. Do udziału w projekcie zgłosił się także Uniwersytet Warszawski, Wojskowa Akademia Techniczna w Warszawie oraz Uniwersytet Adama Mickiewicza w Poznaniu.
W dniu 14 kwietnia w siedzibie Niemieckiego Instytutu Metrologicznego (PTB) w Berlinie odbyło się oficjalne rozpoczęcie projektu, w którym wzięła udział delegacja z Politechniki Wrocławskiej. W jej skład weszli także studenci Fizyki Technicznej na Wydziale Podstawowych Problemów Techniki: Helena Janowska, Paulina Szott i Tomasz Gzyl.
Image
Więcej informacji na temat projektu można znaleźć na stronach:
https://www.quantum2025.de/node/22 ,
https://thesciencetalk.com/quantour/ ,
a to, gdzie aktualnie znajduje się źródło, można śledzić na bieżąco na specjalnie utworzonym profilu na Instagramie:
https://www.instagram.com/quantour.eu/.
Obszarem aktywnym źródła jest nanometrowych rozmiarów struktura półprzewodnikowa – kropka kwantowa. Ogranicza ona ruch elektronów we wszystkich trzech wymiarach przestrzennych, co powoduje, że mogą one być tylko w stanach, którym odpowiadają ściśle określone, dyskretne wartości energii. W celu zmaksymalizowania liczby użytecznych fotonów, została ona deterministycznie umieszczona (z dokładności lepszą niż 50 nm) w środku wnęki optycznej ze zwierciadłem Bragga o symetrii cylindrycznej. Struktura ma rozmiar rzędu kilku mikrometrów i jej szczegóły można obejrzeć pod mikroskopem optycznym. Kropki kwantowe są obecnie źródłami nieklasycznych stanów światła o najlepszych parametrach, ale działanie struktur emitujących w podczerwieni wciąż ograniczone jest do temperatur kriogenicznych.
Image
W realizacji pierwszego przenośnego i kompaktowego źródła typu „plug&play”, emitującego w najbardziej interesującym z punktu widzenia zastosowań zakresie telekomunikacyjnym, brała udział Politechnika Wrocławska (dr inż. Kinga Żołnacz oraz dr inż. Jacek Olszewski z grupy prof. Wacława Urbańczyka z Katedry Optyki i Fotoniki oraz grupa prof. Sęka z Katedry Fizyki Doświadczalnej, Wydział Podstawowych Problemów Techniki). Powstało ono w ramach bilateralnego projektu FI-SEQUR „Półprzewodnikowe źródło pojedynczych fotonów do bezpiecznej światłowodowej komunikacji kwantowej w zakresie 1.3 µm” finansowanego przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju w ramach 2. edycji konkursu na wspólne projekty w obszarze fotoniki w ramach współpracy Polska – Berlin-Brandenburgia, we współpracy z firmą FIBRAIN, Uniwersytetem Marii Curie-Skłodowskiej w Lublinie, Uniwersytetem Technicznym w Berlinie, Instytutem Zusego w Berlinie oraz firmą JCMWave.
Anna Musiał, Kinga Żołnacz, Nicole Srocka, Oleh Kravets, Jan Große, Jacek Olszewski, Krzysztof Poturaj, Grzegorz Wójcik, Paweł Mergo, Kamil Dybka, Mariusz Dyrkacz, Michał Dłubek, Kristian Lauritsen, Andreas Bülter, Philipp-Immanuel Schneider, Lin Zschiedrich, Sven Burger, Sven Rodt, Wacław Urbańczyk, Grzegorz Sęk, Stephan Reitzenstein, “Plug&Play Fiber-Coupled 73 kHz Single-Photon Source Operating in the Telecom O-Band”, Advanced Quantum Technologies 3, 2000018 (2020); DOI: 10.1002/qute.202000018
