W siedzibie Niemieckiego Instytutu Metrologicznego (PTB) w Berlinie rozpoczął się roczny projekt QuanTour z okazji stulecia fizyki kwantowej. Nasza uczelnia jest jego częścią, a polski etap koordynuje dr inż. Anna Musiał z Wydziału Podstawowych Problemów Techniki.

Projekt QuanTour to część obchodów przypadającego w 2025 r. stulecia fizyki kwantowej, ogłoszonego wspólnie przez UNESCO oraz Zgromadzenie Ogólne Organizacji Narodów Zjednoczonych. Został on zainicjowany przez Niemieckie Towarzystwo Fizyczne, by spopularyzować technologie kwantowe oraz specyfikę pracy naukowców w różnych krajach europejskich.

Wyświetl ten post na Instagramie

Post udostępniony przez QuanTour (@quantour.eu)

Częścią projektu jest podróż, jaką odbędzie w specjalnej walizce źródło pojedynczych fotonów, czyli emitujące pojedyncze kwanty promieniowania elektromagnetycznego. - Stanowi ono niezbędny element sieci kwantowych i będzie przekazywane między europejskimi laboratoriami prowadzącymi badania w tej tematyce – wyjaśnia dr inż. Anna Musiał z Laboratorium Optycznej Spektroskopii Nanostruktur na W11, która koordynuje projekt ze strony naszego kraju.

Obszarem aktywnym źródła jest nanometrowych rozmiarów struktura półprzewodnikowa zwana kropką kwantową. – 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 – wyjaśnia dr Musiał.

Aby zmaksymalizować liczbę użytecznych fotonów, kropka została deterministycznie umieszczona (z dokładności większą niż 50 nm) w środku wnęki optycznej ze zwierciadłem Bragga o symetrii cylindrycznej. – Struktura ta ma rozmiar rzędu kilku mikrometrów i jej szczegóły można obejrzeć pod mikroskopem optycznym – dodaje dr Anna Musiał z Wydziału Podstawowych Problemów Techniki.

Znaczący udział PWr

Kropki kwantowe są obecnie źródłami nieklasycznych stanów światła o najlepszych parametrach, ale działanie struktur emitujących w podczerwieni wciąż ograniczone jest do temperatur kriogenicznych.

W stworzeniu pierwszego przenośnego i kompaktowego źródła typu „plug&play”, emitującego w najbardziej interesującym z punktu widzenia zastosowań zakresie telekomunikacyjnym, brali udział naukowcy z Politechniki Wrocławskiej w ramach bilateralnego projektu FI-SEQUR „Półprzewodnikowe źródło pojedynczych fotonów do bezpiecznej światłowodowej komunikacji kwantowej w zakresie 1.3 µm”.

Finansowało go Narodowe Centrum Badań i Rozwoju w konkursie na wspólne projekty w obszarze fotoniki w ramach współpracy Polska-Berlin-Brandenburgia.

Ze strony naszej uczelni w pracach uczestniczyli: dr inż. Kinga Żołnacz oraz dr inż. Jacek Olszewski z grupy prof. Wacława Urbańczyka (Katedra Optyki i Fotoniki) oraz dr inż. Anna Musiał, dr inż. Paweł Mrowiński oraz dr inż. Paweł Holewa z grupy prof. Grzegorza Sęka (Katedra Fizyki Doświadczalnej). W projekcie udział brała też firma Fibrain, Uniwersytet Marii Curie-Skłodowskiej w Lublinie, Uniwersytet Techniczny w Berlinie, Instytut Zusego w Berlinie oraz firma JCMWave.

Podróż kropki kwantowej potrwa rok i obejmie dwanaście europejskich krajów, w tym Polskę. Obecnie trafiła do Austrii do Laboratorium Fizyki Półprzewodników w Nanoskali na Uniwersytecie Johannesa Keplera w Linzu. Na Politechnikę Wrocławską źródło zawita 24 lutego 2025 roku.

– Do tego momentu pozostało jeszcze dużo czasu, a szczegółowy plan wizyty źródła pojawi się na początku przyszłego roku, ale na pewno na w naszym Laboratorium Optycznej Spektroskopii Nanostruktur zostaną zmierzone optyczne parametry kropki kwantowej, żeby potwierdzić, że przetrwała ona podróż bez uszczerbku – mówi dr Anna Musiał. – Przygotujemy też dane, które zostaną porównane z wynikami pomiarów w innych europejskich laboratoriach.

Działania źródła zostanie zaprezentowa również studentom oraz licealistom ze współpracujących z PWr szkół. Ich wizyta w politechnicznym laboratorium połączona będzie z wykładem na temat działania źródła oraz jego zastosowania w technologiach kwantowych. – Ułatwi to zrozumienie demonstracji laboratoryjnej oraz szerszego kontekstu projektu – tłumaczy badaczka z W11. – Będzie też możliwość wirtualnego obejrzenia doświadczenia z zastosowaniem źródła.

Wizyta kropki kwantowej na PWr będzie na bieżąco relacjonowana na stronie projektu i w mediach społecznościowych. Gdzie aktualnie znajduje się źródło można śledzić na bieżąco na specjalnym profilu na Instagramie.

***

Pomysłodawcami QuanTour są Tobias Heindel z Uniwersytetu Technicznego w Berlinie i Doris Reiter z Uniwersytetu Technicznego w Dortmundzie. W uroczystej inauguracji w siedzibie Niemieckiego Instytutu Metrologicznego (PTB) uczestniczyła delegacja studentów fizyki technicznej na Wydziale Podstawowych Problemów Techniki: Helena Janowska, Paulina Szott i Tomasz Gzyl. W projekcie biorą także udział: Uniwersytet Warszawski, Wojskowa Akademia Techniczna w Warszawie oraz Uniwersytet Adama Mickiewicza w Poznaniu.

Więcej informacji na temat projektu można znaleźć na stronach projektu: quantum2025.de oraz thesciencetalk.com/quantour.