Изследователите използват квантово заплитане, за да постигнат „ултрашироколентов достъп“

Изследователи от университета в Рочестър са използвали квантовото заплитане, за да постигнат невероятно голяма честотна лента. Те направиха това с помощта на тънкослойно нанофотонно устройство. 

Този нов подход може да доведе до повишена чувствителност и разделителна способност за експерименти в метрологията и сензорите, както и до по-високомерно кодиране на информация в квантови мрежи за обработка на информация и комуникации. 

Изследването е публикувано в Физически писма преглед. 

Квантово заплитане

Квантовото заплитане се осъществява, когато две квантови частици са свързани една с друга и това може да се случи дори когато са изключително далеч една от друга. Наблюдението на една частица влияе на другата, демонстрирайки как те комуникират една с друга. 

Всеки път, когато фотоните влязат в картината и се включат в заплитането, има много повече възможности. Например, честотите на фотоните могат да бъдат заплетени и честотната лента може да бъде контролирана. 

Qiang Lin е професор по електротехника и компютърно инженерство. 

„Тази работа представлява голям скок напред в производството на ултрашироколентово квантово заплитане върху нанофотонен чип“, казва Лин. „И това демонстрира силата на нанотехнологиите за разработване на бъдещи квантови устройства за комуникация, изчисления и сензори.“

Широколентово оплитане на светлина

Настоящите устройства често разчитат на разделяне на масивен кристал на малки секции, за да генерират широколентово преплитане на светлина. Всеки един от тези участъци леко варира в оптичните свойства и генерира различни честоти на фотонните двойки. Чрез добавяне на тези честоти заедно може да се постигне по-голяма честотна лента. 

Усман Джавид е докторант в лабораторията на Лин и водещ автор на статията.

„Това е доста неефективно и идва с цената на намалена яркост и чистота на фотоните“, казва Джавид. „Винаги ще има компромис между честотната лента и яркостта на генерираните двойки фотони и човек трябва да направи избор между двете. Ние напълно заобиколихме този компромис с нашата техника за дисперсионно инженерство, за да получим и двете: рекордно висока честотна лента при рекордно висока яркост.“

Новоразработеното тънкослойно нанофотонно устройство от литиев ниобат, създадено от екипа, разчита на един вълновод с електроди от двете страни. Докато масовото устройство може да бъде милиметри напречно, тънкослойното устройство е изключително впечатляващо с дебелината си от 600 нанометра. Това го прави милион пъти по-малък в площта на напречното му сечение от масивен кристал, което прави разпространението на светлина изключително чувствително към размерите на вълновода. 

Може да има големи промени във фазовата и груповата скорост на светлината, разпространяваща се през устройството, само с вариация от няколко нанометра. Поради това устройството позволява контрол върху честотната лента, в която процесът на генериране на двойки е съгласуван по импулс.

„Можем да решим проблем с оптимизирането на параметри, за да намерим геометрията, която максимизира тази честотна лента“, казва Джавид. 

Разполагане на устройството

Екипът разполага с устройството, готово за внедряване в експерименти в лабораторни условия, но ако трябва да се използва с търговска цел, те ще трябва да измислят по-ефективен и по-евтин процес на производство. 

Производството на литиев ниобат все още е в начален стадий и финансовият аспект трябва да се подобри. 

Екипът работи върху изследването заедно със съавторите Jingwei Ling, Mingxiao Li и Yang He от катедрата по електротехника и компютърно инженерство. Проектът включваше и Джереми Стафа от Института по оптика.