Im Juli 2025 stellte ein Team der Harvard University unter der Leitung von Robert Zhu und Federico Capasso einen ultradünnen Metasurface-Chip vor, der verschränkte Photonenpaare auf einem einzigen Chip erzeugen kann. Diese integrierte Quelle ist ein Meilenstein für die Quantenoptik auf dem Chip.
Das Bauelement besteht aus einer nur 700 Nanometer dicken Galliumphosphid-Membran, die mit einem Gitter aus dreieckigen Löchern strukturiert ist. Wenn der Chip mit Laserlicht gepumpt wird, spaltet das nichtlineare Material ein einfallendes Photon in ein Paar niederenergetischer Photonen (spontane parametrische Abspaltung). Die Geometrie der Löcher erzeugt eine räumlich variierende optische Achse und verleiht den emittierten Photonen eine geometrische Berry-Phase, sodass sie als polarisationverschränkte Paare auftreten.
Die Metasurface besitzt gleichzeitig Resonanzen bei der Pump- und bei der Signalwellenlänge, wodurch die Effizienz des Umwandlungsprozesses stark steigt. Durch die gezielte Drehung der Dreiecke über die gesamte Fläche können die Forscher den Polarisationszustand der erzeugten Photonenpaare genau steuern. Die resultierenden verschränkten Paare weisen eine Helligkeit auf, die mit der von herkömmlichen Bulk‑Kristallquellen vergleichbar ist, und erfordern keine externen Interferometer oder massiven Optiken【65321796891836†L19-L36】.
Der gesamte Chip ist nur wenige Mikrometer groß und lässt sich mittels Standard-Halbleiterlithografie herstellen. Er wurde bereits in einen Glasfaserkonnektor eingebettet und funktioniert quasi „plug‑and‑play“. Solche Metasurface‑Quellen könnten direkt mit photonischen Leitungen, Detektoren und Modulatoren kombiniert werden, um skalierbare Quantenkommunikations‑ und Rechenchips zu bauen. Die Kombination von verschränkter Photonenerzeugung und optischer Verschaltung auf einer einzigen Plattform ebnet den Weg für kompakte Quantennetzwerke und sichere Quantenkommunikation.