Lasers zijn alomtegenwoordig: in de kassa van de supermarkt, in de CD-speler in de huiskamer – en quantumwetenschappers hebben ze nodig voor het controleren van qubits in (toekomstige) quantumcomputers. In de meeste toepassingen is de huidige grote, inefficiënte laser een prima oplossing, maar quantumsystemen werken op heel kleine schaal en bij extreem lage temperaturen. Wetenschappers proberen al 40 jaar nauwkeurige en efficiënte microgolflasers te ontwikkelen die de ultrakoude en fragiele quantumexperimenten niet verstoren. Een team van onderzoekers aan de TU Delft heeft nu een on-chip laser ontwikkeld, gebaseerd op het Josephson-effect. De resulterende microgolflaser opent de deur naar toepassingen waarbij microgolfstraling met minimaal verlies essentieel is. Een belangrijk voorbeeld is de controle van qubits in een schaalbare quantumcomputer.

Lasers emitteren coherent licht: de lijnbreedte (het kleurspectrum) kan heel smal  zijn. Een typische laser bestaat uit een groot aantal emitters (atomen, moleculen of ladingsdragers in halfgeleiders) in een trilholte. Deze conventionele lasers zijn doorgaans inefficiënt en genereren veel warmte. Dit maakt ze lastig te combineren met lagetemperatuur-toepassingen, zoals quantumtechnologie.
De onderzoekers construeerden een enkele Josephson-junctie in een uiterst kleine supergeleidende trilholte. De Josephson-junctie gedraagt zich hier als een enkel atoom, terwijl de microholte zich gedraagt als een set van twee spiegels voor microgolflicht: het resultaat is een microgolflaser op een chip. Door deze chip af te koelen tot ultralage temperaturen (minder dan 1 kelvin) ontstaat een coherente straal van microgolflicht aan de uitgang van de trilholte. De on-chip laser is extreem efficiënt: hij heeft minder dan een picowatt nodig om laserstraling te produceren.

Het onderzoekspaper kan hier worden ingezien.