Výzkumníci používají kvantové provázání k dosažení “ultrabroadbandu”

Výzkumníci na University of Rochester využili kvantové provázání k dosažení neuvěřitelně velkého pásma. Tohoto výsledku dosáhli pomocí tenkovrstvého nanofotonického zařízení.

Tento nový přístup by mohl vést k vyšší citlivosti a rozlišení pro experimenty v metrologii a senzorice, stejně jako k vyšší dimenzionální kódování informací v kvantových sítích pro zpracování a komunikaci informací.

Výzkum byl zveřejněn v Physical Review Letters.

Kvantové provázání

Kvantové provázání nastává, když jsou dvě kvantové částice propojeny, a to i když jsou extrémně daleko od sebe. Pozorování jedné částice ovlivňuje druhou, což demonstruje, jak spolu komunikují.

Když do hry vstupují fotony a zapojují se do provázání, existuje mnoho dalších možností. Například frekvence fotonů mohou být propojeny a pásmo může být řízeno.

Qiang Lin je profesorem elektrotechniky a počítačového inženýrství.

“Tato práce představuje velký skok vpřed ve výrobě ultrabroadbandového kvantového provázání na nanofotonické čip,” říká Lin. “A demonstruje sílu nanotechnologie pro vývoj budoucích kvantových zařízení pro komunikaci, výpočet a senzoriku.”

Širokopásmové provázání světla

Stávající zařízení často spoléhají na rozdělení bulkového krystalu na malé sekce, aby generovala širokopásmové provázání světla. Každá z těchto sekcí mírně variuje v optických vlastnostech a generuje různé frekvence fotonových párů. Přidáním těchto frekvencí dohromady lze dosáhnout většího pásma.

Usman Javid je doktorandem v Linově laboratoři a hlavním autorem článku.

“To je bastante neefektivní a stojí to za cenu snížení jasu a čistoty fotonů,” říká Javid. “Vždy bude existovat kompromis mezi pásmem a jasem generovaných fotonových párů, a jeden musí zvolit mezi nimi. My jsme zcela obešli tento kompromis naší technikou disperzního inženýrství, abychom získali obě: rekordně vysoké pásmo při rekordním jasnosti.”

Nově vyvinuté tenkovrstvé lithium-niobové nanofotonické zařízení vytvořené týmem spoléhá na jeden vlnovod s elektrodami na obou stranách. Zatímco bulkové zařízení může být milimetry široké, tenkovrstvé zařízení je extrémně působivé ve své tloušťce 600 nanometrů. To činí jej milionkrát menší ve své příčném průřezu než bulkový krystal, což činí propagaci světla extrémně citlivou na rozměry vlnovodu.

Mohou být způsobeny velké změny fáze a skupinové rychlosti světla, které procházejí zařízením, pouze variací několika nanometrů. Díky tomu zařízení umožňuje kontrolu nad pásmem, ve kterém je proces generování párů momentum-matched.

“Můžeme vyřešit parametrizovaný problém optimalizace, abychom našli geometrii, která maximalizuje toto pásmo,” říká Javid.

Nasazení zařízení

Tým má zařízení připravené k nasazení v experimentech v laboratorním prostředí, ale pokud má být komerčně využito, musí najít více efektivní a levnější proces výroby.

Výroba lithium-niobátu je stále v plenkách, a finanční aspekt musí být zlepšen.

Tým pracoval na výzkumu spolu s spoluautory Jingwei Ling, Mingxiao Li a Yang He z oddělení elektrotechniky a počítačového inženýrství. Projekt také zahrnoval Jeremy Staffa z Institute of Optics.