Aufgrund des quantenmechanischen Begrenzungseffekts besitzen selbstassemblierte halbleitende Einzel-Quantentropfen diskrete Energieniveaus ähnlich denen von Atomen, was eine hochunterscheidbare, helle und reine Einphotonenemission ermöglicht. Ihre verschiedenen Exzitonen-Zustände können Photonen mit unterschiedlichen Polarisationsmodi erzeugen. Optische Mikro- und Nanostrukturen sind effektive Mittel zur Steuerung der Emissionseigenschaften von Quantentropfen. Bei schwacher Kopplung eines einzelnen Quantentropfens an eine optische Mikrokavität verbessert der Purcell-Effekt erheblich die Leistung des Quantentropfens als Einzelphotonenquelle oder verschränkte Photonenpaarquelle. Gleichzeitig kann das stark gekoppelte System aus Quantentropfen und Mikrokavität als Quantenknoten in Quantennetzwerken dienen und nichtlineare optische Effekte auf Einphotonenebene untersuchen. Die Kopplung von Quantentropfen an optische Wellenleiter ermöglicht die kohärente Umwandlung zwischen Festkörperqubits und fliegenden Photonenqubits sowie eine effiziente Informationsverarbeitung und -übertragung, wodurch zuverlässige on-chip optische Netzwerke aufgebaut werden. Außerdem besitzen Einzel-Quantentropfen kontrollierbare Spin-Zustände, die als Träger von Qubits verwendet werden können. Unter Berücksichtigung der leichten Integration der Herstellung von Quantentropf-Geräten in etablierte Halbleitertechnologien weisen auf Quantentropfen basierende Gerätedesigns eine gute Skalierbarkeit und Integrationspotenzial auf.

selbstassemblierte Halbleiter-Quantentropfen; Exziton; Spin; optische Mikrokavität; optischer Wellenleiter