Fachbereich 11 - Physik
Institut für Festkörpertheorie
Lehrstuhl Prof. Dr. T. Kuhn gemeinsam mit Prof. Dr. C. Falter und PD Dr. V.M. Axt

Dekohärenz in Halbleiter-Ouantenpunkten

Halbleiter-Quantenpunktstrukturen sind Kandidaten für eine mögliche Realisierung von Grundelementen im Rahmen der Quanteninformationstheorie. Sie sind dafür unter anderem deshalb besonders interessant, weil dadurch eine direkte Material-Kompatibilität mit den heutigen elektronischen und optoelektronischen Bauelementen bestünde und weil auf dem Gebiet der Halbleiterphysik bereits umfangreiche technologische Erfahrungen vorliegen. Die Grundidee der Quanteninformationstheorie besteht darin, das klassische Bit, d.h. ein System, das zwei wohldefinierte Zustände 0 und 1 annehmen kann, durch das sogenannte Qubit zu ersetzten. Bei letzterem handelt es sich um ein quantenmechanisches Zweiniveau-System, das sich außer in den beiden Zuständen 0 und 1 auch in beliebigen quantenmechanischen Überlagerungszuständen befinden kann. Die Schwierigkeit bei der Realisierung besteht darin, dass die Kohärenz dieser Überlagerungszustände durch Ankopplung an die Umgebung zerfällt, wobei die typischen Quanteneigenschaften wieder verschwinden. Ziel der Arbeiten in diesem Projekt ist ein detailliertes Verständnis der Dekohärenz in Halbleiter-Quantenpunkten aufgrund der Kopplung an die Phononen des Kristallgitters. Für sehr kleine Quantenpunkte kann man hier eine exakte Lösung angeben, gemäß der die optisch aufgeprägte Kohärenz zerfällt. Es zeigt sich, dass dieser Zerfall keinesfalls durch eine einfache Zeitkonstante beschrieben werden kann, wie dies in höherdimensionalen Systemen in der Regel möglich ist. Die Kopplung an die Phononen führt zu einem schnellen anfänglichen Zerfall auf einer Pikosekunden-Zeitskala, danach bleibt die Kohärenz aber auf einem konstanten Wert stehen, der stark von Material, Quantenpunktgröße und Temperatur abhängt. Diese Kohärenz verschwindet dann erst durch die Rekombination.

Drittmittelgeber:

EU IST-FET-Projekt "Semiconductor-based implementation of quantum information devices"

Beteiligte Wissenschaftler:

Prof. Dr. T. Kuhn, PD Dr. V.M. Axt, Dr. A. Vagov, Dipl.-Phys. B. Krummheuer gemeinsam mit Prof. Dr. F. Rossi (Politecnico Turin), Dr. I. d'Amico (ISI Turin)

Veröffentlichungen:

Krummheuer, B., V. M. Axt und T. Kuhn: Theory of pure dephasing and the resulting absorption lineshape in semiconductor quantum dots, Phys. Rev. B 65, 195313 (2002)

Axt, V.M., B. Krummheuer, A. Vagov und T. Kuhn: Pure dephasing in the linear and nonlinear optical response of quantum dots, Proc. 26th Int. Conf. on the Physics of Semiconductors, Edinburgh 2002 (IOP publishing, Bristol, 2003)