يستخدم الباحثون التشابك الكمومي لتحقيق "النطاق العريض للغاية"

قام الباحثون في جامعة روتشستر بتسخير التشابك الكمي لتحقيق نطاق ترددي كبير بشكل لا يصدق. لقد فعلوا ذلك باستخدام جهاز الفوتون النانوي الرقيق. 

يمكن أن يؤدي هذا النهج الجديد إلى تعزيز الحساسية والدقة للتجارب في علم القياس والاستشعار ، بالإضافة إلى ترميز أبعاد أعلى للمعلومات في الشبكات الكمية لمعالجة المعلومات والاتصالات. 

نشر البحث في استعراض للحروف البدنية. 

تشابك الكم

يحدث التشابك الكمي عندما يرتبط جسيمان كميان ببعضهما البعض ، ويمكن أن يحدث هذا حتى عندما يكون كل منهما بعيدًا جدًا عن الآخر. تؤثر ملاحظة أحد الجسيمات على الآخر ، مما يدل على كيفية تواصلهما مع بعضهما البعض. 

عندما تدخل الفوتونات الصورة وتصبح متورطة في التشابك ، فهناك العديد من الاحتمالات. على سبيل المثال ، يمكن أن تتشابك ترددات الفوتونات ويمكن التحكم في عرض النطاق الترددي. 

Qiang Lin هو أستاذ في الهندسة الكهربائية وهندسة الكمبيوتر. 

يقول لين: "يمثل هذا العمل قفزة كبيرة إلى الأمام في إنتاج تشابك كمي فائق السرعة على شريحة نانوفوتونية". "ويوضح قوة تقنية النانو في تطوير أجهزة كم مستقبلية للاتصالات والحوسبة والاستشعار."

تشابك الضوء بالنطاق العريض

غالبًا ما تعتمد الأجهزة الحالية على تقسيم البلورات السائبة إلى أقسام صغيرة لتوليد تشابك الضوء في النطاق العريض. يختلف كل قسم من هذه الأقسام اختلافًا طفيفًا في الخصائص البصرية ويولد ترددات مختلفة لأزواج الفوتون. بإضافة هذه الترددات معًا ، يمكن تحقيق عرض نطاق أكبر. 

عثمان جافيد طالب دكتوراه في Lin's Lab والمؤلف الرئيسي للورقة.

يقول جافيد: "هذا غير فعال تمامًا ويأتي بتكلفة انخفاض سطوع ونقاء الفوتونات". "ستكون هناك دائمًا مفاضلة بين عرض النطاق الترددي وسطوع أزواج الفوتون المتولدة ، وعلى المرء أن يختار بين الاثنين. لقد تحايلنا تمامًا على هذه المقايضة باستخدام أسلوب هندسة التشتت الخاص بنا للحصول على كليهما: نطاق ترددي عالي قياسي وسطوع قياسي ".

يعتمد جهاز الليثيوم النانوي النانوي المطوَّر حديثًا والذي ابتكره الفريق على دليل موجي واحد بأقطاب كهربائية على كلا الجانبين. في حين أن الجهاز الأكبر يمكن أن يصل إلى ملليمترات ، فإن جهاز الأغشية الرقيقة مثير للإعجاب للغاية حيث يبلغ سمكه 600 نانومتر. وهذا يجعلها أصغر بمليون مرة في مساحة المقطع العرضي الخاصة بها من البلورة السائبة ، مما يجعل انتشار الضوء شديد الحساسية لأبعاد الدليل الموجي. 

يمكن أن تكون هناك تغييرات كبيرة تطرأ على المرحلة وسرعة مجموعة الضوء المنتشر عبر الجهاز فقط مع اختلاف ببضعة نانومترات. لهذا السبب ، يسمح الجهاز بالتحكم في عرض النطاق الترددي الذي تتم فيه مطابقة الزخم لعملية توليد الزوج.

يقول جافيد: "يمكننا حل مشكلة تحسين المعلمة للعثور على الهندسة التي تزيد من عرض النطاق الترددي هذا". 

نشر الجهاز

يمتلك الفريق الجهاز جاهزًا للنشر في تجارب في بيئة معملية ، ولكن إذا كان سيتم استخدامه تجاريًا ، فسوف يحتاجون إلى ابتكار عملية تصنيع أكثر كفاءة وأرخص. 

لا يزال تصنيع النيوبات الليثيوم في مهده ، ويجب تحسين الجانب المالي. 

عمل الفريق على البحث جنبًا إلى جنب مع المؤلفين المشاركين Jingwei Ling و Mingxiao Li و Yang He من قسم الهندسة الكهربائية وهندسة الحاسبات. وشمل المشروع أيضًا جيرمي ستافا من معهد البصريات.