Výzkumníci využívají kvantové provázání k dosažení „ultrabroadbandu“

Výzkumníci z 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 experimentů v metrologii a senzorice, stejně jako k vyšší dimenzionální kódování informací v kvantových sítích pro zpracování a komunikaci informací. 

Výzkum byl publikován v Physical Review Letters. 

Kvantové provázání

Kvantové provázání nastává, když jsou dva kvantové částice propojeny a to i tehdy, když jsou velmi daleko od sebe. Pozorování jedné částice ovlivňuje druhou, což ukazuje, jak spolu komunikují. 

Když do hry vstupují fotony a zapojují se do provázání, existuje mnoho možností. Například frekvence fotonů mohou být provázány a šířka pásma může být řízena. 

Qiang Lin je profesorem elektrotechniky a počítačového inženýrství. 

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

Širokopásmové provázání světla

Současné zařízení často spoléhají na rozdělení bulkového krystalu na malé sekce, aby generovaly širokopásmové provázání světla. Každá z těchto sekcí má mírně odlišné optické vlastnosti a generuje různé frekvence fotonových párů. Přidáním těchto frekvencí lze dosáhnout širšího pásma. 

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

“To je bastante neefektivní a má za následek snížení jasu a čistoty fotonů,” říká Javid. “Vždy bude existovat kompromis mezi šířkou pásma 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 jasu.”

Nově vyvinuté tenkovrstvé lithiové 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 dělá jej milionkrát menší ve své příčném průřezu než bulkový krystal, což činí šíření světla extrémně citlivým na rozměry vlnovodu. 

Může dojít ke značným změnám fáze a skupinové rychlosti světla procházejícího zařízení pouze s variací několika nanometrů. Díky tomu zařízení umožňuje kontrolu nad pásmem, ve kterém je proces generování párů momentum-matched.

“Můžeme vyřešit problém optimalizace parametrů, 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 výrobní proces. 

Lithiová niobová výroba je stále v plenkách, a finanční aspekt musí být zlepšen. 

Tým pracoval na výzkumu spolu s autory Jingwei Ling, Mingxiao Li a Yang He z oddělení elektrotechniky a počítačového inženýrství. Projekt také zahrnoval Jeremyho Staffu z Institutu optiky.