Single photon absorption and dynamic control of a coupled quantum dot-cavity system

We theoretically investigate the dynamic interaction of a quantum dot in a nanocavity with timesymmetric single photon pulses. The simulations, based on a wavefunction approach, reveal that almost perfect single photon absorption occurs for quantum dot-cavity systems operating on the edge between strong and weak coupling regime. The computed maximum absorptions probability is close to unity for pulses with a typical length comparable to the half of the Rabi period. Furthermore, the dynamic control of the quantum dot energy via electric fields allows the freezing of the light-matter interaction leaving the quantum dot in its excited state. Shaping of single photon wavepackets by the electric field control is limited by the occurrence of chirping of the single photon pulse. This understanding of the interaction of single photon pulses with the quantum dot-cavity system provides the basis for the development of advanced protocols for quantum information processing in the solid state.Comment: 7 pages, 4 figure

Giant optical nonlinearities from Rydberg-excitons in semiconductor microcavities

The realization of exciton-polaritons -- hybrid excitations of semiconductor quantum well excitons and cavity photons -- has been of great technological and scientific significance. In particular, the short-range collisional interaction between excitons has enabled explorations into a wealth of nonequilibrium and hydrodynamical effects that arise in weakly nonlinear polariton condensates. Yet, the ability to enhance optical nonlinearities would enable quantum photonics applications and open up a new realm of photonic many-body physics in a scalable and engineerable solid-state environment. Here we outline a route to such capabilities in cavity-coupled semiconductors by exploiting the giant interactions between excitons in Rydberg-states. We demonstrate that optical nonlinearities in such systems can be vastly enhanced by several orders of magnitude and induce nonlinear processes at the level of single photons.Comment: 17 pages, 5 figure

Mikroorganismen an Aesculus hippocastanum – olfaktorische Perspektive von Cameraria ohridella (Deschka & Dimic)

Since the 80s, the popular park- and city tree Aesculus hippocastanum has been infested with the leaf miner Cameraria ohridella (DESCHKA & DIMIC 1986). Additionally, the pathogenic fungi Guignardia aesculi causes leaf blotch disease and Erysiphe flexuosa causes powdery mildew on horse chestnuts. Often, all three diseases occur in parallel at the same leaves leading to a situation of competition. Moreover, recently some endophytic fungi were isolated from the leaf tissue of A. hippocastanum. In the present study, the volatile interaction between three trophic levels plant, insect, and fungi are discussed.Mikroorganismen an Aesculus hippocastanum – olfaktorische Perspektive von Cameraria ohridella (Deschka & Dimic) Seit den 80er Jahren wird die Gemeine Rosskastanie Aesculus hippocastanum durch den Minierer Cameraria ohridella (Lepidoptera, Gracillariidae) befallen. Außerdem wird die Rosskastanie durch den Blattbräunepilz Guignardia aesculi und den Mehltau Erysiphe flexuosa attackiert. Oft treten alle drei Organismen parallel am gleichen Blatt auf. Weiterhin konnten endophytische Pilze aus dem Blattgewebe isoliert werden. Im vorliegenden Beitrag wird die volatile Interaktion zwischen Pflanze, Mikroorganismen und Insekt diskutiert. Mit Hilfe der Gaschromatographie und gekoppelter Massenspektroskopie (GC-MS) wurden Duftproben gesunder und mit den pathogenen Pilzen G. aesculi und E. flexuosa gleichzeitig infizierter Blätter der Rosskastanie analysiert. Identifizierte Komponenten wurden elektrophysiologisch (EAG) an der Insektenantenne und in Verhaltensversuchen getestet. Mit den pathogenen Pilzen befallene Rosskastanienblätter geben 1-Octen-3-ol, 3-Octanon, ein Derivat von 2(5H)-Furanon, Nonanal und Decanal ab. C. ohridella war in der Lage, diese Substanzen zu detektieren. In Zweifachwahltests mit gesunden A. hippocastanum Zweigen reagierten Weibchen mit reduzierter Eiablage auf die Applikation von 1-Octen-3-ol, 3-Octanon, 2(5H)-Furanon und Decanal im Vergleich zur unbehandelten Kontrolle. Es ist bekannt, dass 1-Octen-3-ol und 3-Octanon von Pilzen selber emittiert werden. Nonanal und Decanal werden von Zellen, die nach Penetration durch Pilzhyphen unter oxidativem Stress stehen, produziert. Die Derivate von 2(5H)-Furanon wirken antimikrobiell und können auf einen Schutzmechanismus der Pflanze oder auf einen Konkurrenzmechanismus von Mikroorganismen um denselben Lebensraum hinweisen. Eine mögliche Erklärung wäre, dass diese Substanz von Endophyten zur Verteidigung des sie umgebenden Blattgewebes gegen die pathogenen Pilze produziert wird

Der Einfluss von Blütenduftstoffen auf die Oviposition der Rosskastanienminiermotte Cameraria ohridella

The larval stages of Cameraria ohridella develop mining in leaves of the horse chestnut tree Aesculus hippocastanum. The insect establishes three generations in Central Europe. During the appearance of the first generation the horse chestnut trees bloom. Further on, parallel to the flying time of all generations other plant species bloom. The olfactory detection of flower odour compounds and the influence on oviposition of C. ohridella were examined using trace analytical and electrophysiological methods as well as bioassays.Die Larven von Cameraria ohridella (Lepidoptera, Gracillariidae) entwickeln sich als Minierer in den Blättern der gemeinen Rosskastanie, Aesculus hippocastanum. In Mitteleuropa können drei Faltergenerationen ausgebildet werden, wobei die erste während der Blütezeit der Wirtspflanze A. hippocastanum fliegt. Der Schmetterlingsstrauch Buddleja davidii blüht von Sommer bis Herbst während der Flugzeit der zweiten und dritten Generation. Die großen Blütenstände locken zahlreiche Insekten an, die den Nektar als Nahrung nutzen. Mit Hilfe von Spurenanalytischen und elektrophysiologischen Methoden (GC-MS, EAG) sowie Verhaltensversuchen wurde der Einfluss von Blütendüften auf die Oviposition der Rosskastanienminiermotte untersucht. Der Blütenduft von A. hippocastanum und B. davidii unterschied sich in der Komposition emittierter Komponenten. C. ohridella war in der Lage, Blütendüfte zu detektieren. Die untersuchten Blütenduftstoffkomponenten beeinflussten die Oviposition der Miniermotten. Benzaldehyd, Linalool und (E)-β-Caryophyllen wurden von Rosskastanienblüten emittiert und steigerten die Oviposition auf den Blättern. Benzylalkohol wurde nicht von der Rosskastanie abgegeben und reduzierte im Gegensatz zu den anderen Duftstoffkomponenten die Eiablage. Der Blütenduft der Rosskastanie kann Faltern der ersten Generation bei der Wirtspflanzensuche helfen. In Zweifachwahltests mit getopften Rosskastaniensämlingen und blühendem Sommerflieder wurden die Blätter der Wirtspflanze bei der Eiablage bevorzugt. Aber auch auf den Blättern des Sommerflieders konnten abgelegte Eier gezählt werden. Bei alleinigem Angebot (Einfachwahltest) stieg die Anzahl der abgelegten Eier auf dem blühenden Sommerflieder. Falter der dritten Generation, die im Herbst auf eine starke Blattverbräunung der Wirtspflanze A. hippocastanum durch Minierfraß treffen und dort keine grünen Blattbereiche mehr finden, suchen auf anderen Wirtspflanzen einen geeigneten Eiablageplatz. Dabei können Blütenduftstoffkomponenten die Oviposition der Motten beeinflussen

Control of the electromagnetic environment of a quantum emitter by shaping the vacuum field in a coupled-cavity system

We propose a scheme for the ultrafast control of the emitter-field coupling rate in cavity quantum electrodynamics. This is achieved by the control of the vacuum field seen by the emitter through a modulation of the optical modes in a coupled-cavity structure. The scheme allows the on/off switching of the coupling rate without perturbing the emitter and without introducing frequency chirps on the emitted photons. It can be used to control the shape of single-photon pulses for high-fidelity quantum state transfer, to control Rabi oscillations and as a gain-modulation method in lasers. We discuss two possible experimental implementations based on photonic crystal cavities and on microwave circuits.Comment: 5 pages, 3 figure

RailSiTe® (Rail Simulation and Testing)

RailSiTe® (Rail Simulation and Testing) is DLR’s rail simulation and testing laboratory (see Figure 1). It is the implementation of a fully modular concept for the simulation of on-board and trackside control and safety technology. The RailSiTe® laboratory additionally comprises the RailSET (Railway Simulation Environment for Train Drivers and Operators) human-factors laboratory, a realistic environment containing a realistic train mockup including 3D simulation

Dynamically controlling the emission of single excitons in photonic crystal cavities

Single excitons in semiconductor microcavities represent a solid-state and scalable platform for cavity quantum electrodynamics (c-QED), potentially enabling an interface between flying (photon) and static (exciton) quantum bits in future quantum networks. While both single-photon emission and the strong coupling regime have been demonstrated, further progress has been hampered by the inability to control the coherent evolution of the c-QED system in real time, as needed to produce and harness charge-photon entanglement. Here, using the ultrafast electrical tuning of the exciton energy in a photonic crystal (PhC) diode, we demonstrate the dynamic control of the coupling of a single exciton to a PhC cavity mode on a sub-ns timescale, faster than the natural lifetime of the exciton, for the first time. This opens the way to the control of single-photon waveforms, as needed for quantum interfaces, and to the real-time control of solid-state c-QED systems.Comment: 8 pages, 4 figure