Ερευνητές Χρησιμοποιούν Κβαντική Συμπλοκή για την Επίτευξη “Υπερευρυζωνικής”

Ερευνητές στο Πανεπιστήμιο του Ρότσεστερ έχουν αξιοποιήσει την κβαντική συμπλοκή για την επίτευξη απίστευτα μεγάλου εύρους ζώνης. Αυτό το έκαναν χρησιμοποιώντας một λεπτό φιλμ νανοφωτονικής συσκευής.

Αυτή η νέα προσέγγιση μπορεί να οδηγήσει σε ενισχυμένη ευαισθησία και ανάλυση για πειράματα στη μετρολογία και ανίχνευση, καθώς και υψηλότερη διαστατική κωδικοποίηση της πληροφορίας σε κβαντικά δίκτυα για επεξεργασία και επικοινωνίες.

Η έρευνα δημοσιεύθηκε στο Physical Review Letters.

Κβαντική Συμπλοκή

Η κβαντική συμπλοκή λαμβάνει χώρα όταν δύο κβαντικά σωματίδια συνδέονται μεταξύ τους, και αυτό μπορεί να συμβεί ακόμη και όταν είναι εξαιρετικά μακριά ο ένας από τον άλλον. Μια παρατήρηση ενός σωματιδίου επηρεάζει το άλλο, δείχνοντας πώς επικοινωνούν μεταξύ τους.

Όταν τα φωτόνια μπαίνουν στη σκηνή και συμμετέχουν στην συμπλοκή, υπάρχουν πολλές περισσότερες δυνατότητες. Για παράδειγμα, οι συχνότητες των φωτονίων μπορούν να συμπλεχθούν και το εύρος ζώνης μπορεί να ελεγχθεί.

Ο Qiang Lin είναι καθηγητής ηλεκτρολογικής και υπολογιστικής μηχανικής.

“Αυτό το έργο αντιπροσωπεύει ένα μεγάλο βήμα προς τα εμπρός στην παραγωγή υπερευρυζωνικής κβαντικής συμπλοκής σε νανοφωτονική πλάκα”, λέει ο Lin. “Και δείχνει τη δύναμη της νανοτεχνολογίας για την ανάπτυξη μελλοντικών κβαντικών συσκευών για επικοινωνίες, υπολογιστές και ανίχνευση.”

Ευρυζωνική Συμπλοκή Φωτός

Οι τρέχουσες συσκευές συχνά βασίζονται στη διαίρεση ενός όγκου κρυστάλλου σε μικρά τμήματα για την παραγωγή ευρυζωνικής συμπλοκής φωτός. Κάθε ένα από αυτά τα τμήματα έχει ελαφρώς διαφορετικές οπτικές ιδιότητες και παράγει διαφορετικές συχνότητες των ζευγών φωτονίων. Προσθέτοντας αυτές τις συχνότητες, μπορεί να επιτευχθεί ένα μεγαλύτερο εύρος ζώνης.

Ο Usman Javid είναι φοιτητής διδακτορικού στο εργαστήριο του Lin και πρωταρχικός συγγραφέας του εγγράφου.

“Αυτό είναι khá ανεφάρμοστο και έρχεται με το κόστος της μειωμένης λαμπρότητας και καθαρότητας των φωτονίων”, λέει ο Javid. “Θα υπάρχει πάντα μια ανταλλαγή μεταξύ του εύρους ζώνης και της λαμπρότητας των παραγόμενων ζευγών φωτονίων, και πρέπει να κάνουμε μια επιλογή μεταξύ των δύο. Έχουμε πλήρως παρακάμψει αυτήν την ανταλλαγή με τη τεχνική μας μηχανικής διασποράς για να πάρουμε και τα δύο: ένα ρεκόρ-υψηλό εύρος ζώνης σε ένα ρεκόρ-υψηλή λαμπρότητα.”

Η νεοαναπτυγμένη, λεπτό φιλμ λιθίου νιωβίου νανοφωτονική συσκευή που δημιουργήθηκε από την ομάδα βασίζεται σε ένα單ω θύλακο με ηλεκτρόδια και στις δύο πλευρές. Ενώ μια συσκευή όγκου μπορεί να είναι χιλιοστά διαμέτρου, η λεπτό φιλμ συσκευή είναι εξαιρετικά εντυπωσιακή στη διάσταση των 600 νανομετρίων. Αυτό την κάνει ένα εκατομμύριο φορές μικρότερη στην εγκάρσια περιοχή από ένα κρύσταλλο όγκου, καθιστώντας την προώθηση του φωτός εξαιρετικά ευαίσθητη στις διαστάσεις του θύλακα.

Μπορούν να υπάρξουν μεγάλες αλλαγές στην φάση και την ομαλή ταχύτητα του φωτός που διέρχεται από τη συσκευή με μια παραλλαγή των λίγων νανομετρίων. Λόγω αυτού, η συσκευή επιτρέπει τον έλεγχο του εύρους ζώνης στο οποίο η διαδικασία παραγωγής ζευγών είναι συντονισμένη.

“Μπορούμε να λύσουμε ένα πρόβλημα βελτιστοποίησης παραμέτρων για να βρούμε τη γεωμετρία που μεγιστοποιεί αυτό το εύρος ζώνης”, λέει ο Javid.

Επίκληση της Συσκευής

Η ομάδα έχει τη συσκευή έτοιμη να αναπτυχθεί σε πειράματα σε εργαστηριακό περιβάλλον, αλλά αν πρόκειται να χρησιμοποιηθεί εμπορικά, θα πρέπει να βρουν μια πιο αποτελεσματική και φθηνότερη διαδικασία κατασκευής.

Η κατασκευή λιθίου νιωβίου είναι ακόμη στην παιδική ηλικία, και το οικονομικό μέρος πρέπει να βελτιωθεί.

Η ομάδα εργάστηκε στην έρευνα μαζί με τους συνεργάτες Jingwei Ling, Mingxiao Li, και Yang He του Τμήματος Ηλεκτρολογικής και Υπολογιστικής Μηχανικής. Το έργο περιελάμβανε επίσης τον Jeremy Staffa του Ινστιτούτου Οπτικών.