Ερευνητές Χρησιμοποιούν Κβαντική Συμπλοκή για την Επίτευξη “Υπερευρυζωνικότητας”

Ερευνητές στο Πανεπιστήμιο του Ρότσεστερ έχουν αξιοποιήσει την κβαντική συμπλοκή για την επίτευξη απίστευτα μεγάλου εύρους ζώνης. Αυτό το έκαναν χρησιμοποιώντας μια λεπτή νανοφωτονική συσκευή.

Αυτή η νέα προσέγγιση μπορεί να οδηγήσει σε αυξημένη ευαισθησία και ανάλυση για πειράματα στη μετρολογία και την αίσθηση, καθώς και σε υψηλότερη διαστατική κωδικοποίηση της πληροφορίας σε κβαντικά δίκτυα για την επεξεργασία και τις 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 στη 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 ηλεκτρολογικού και υπολογιστικού μηχανικού.

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

Ευρυζωνική Συμπλοκή Φωτός

Οι τρέχουσες συσκευές συχνά βασίζονται στη διαίρεση ενός ογκώδους κρυστάλλου σε μικρά τμήματα για να παράγουν ευρυζωνική συμπλοκή 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 μεγαλύτερο εύρος ζώνης.

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

«Αυτό είναι khá αναποτελεσματικό 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 επιλέξεις 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 ρεκόρ-υψηλή λαμπρότητα.”

Η νεοαναπτυγμένη, λεπτή νανοφωτονική συσκευή λιθίου νιωβίου που δημιούργησε η ομάδα βασίζεται σε μια seule οδηγό κύματος με ηλεκτρόδια και στις δύο πλευρές. Ενώ μια ογκώδης συσκευή μπορεί να είναι χιλιοστά σε διάμετρο, η λεπτή συσκευή είναι εξαιρετικά εντυπωσιακή με το 600 νανομέτρων πάχος. Αυτό τη κάνει ένα εκατομμύριο φορές μικρότερη στην εγκάρσια τομή από έναν ογκώδη κρύσταλλο, καθιστώντας την προώθηση του φωτός εξαιρετικά ευαίσθητη στις διαστάσεις της οδηγού.

Μπορούν να existουν σημαντικές αλλαγές στην φάση και την ομαδική ταχύτητα του φωτός που προωθείται μέσω της συσκευής μόνο με μια παραλλαγή των λίγων νανομέτρων. Λόγω αυτού, η συσκευή επιτρέπει τον έλεγχο του εύρους ζώνης στο οποίο η διαδικασία της παραγωγής των ζευγών είναι ισοδύναμη.

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

Απλήρωση της Συσκευής

Η ομάδα έχει τη συσκευή έτοιμη για 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 του λιθίου νιωβίου είναι ακόμη στην παιδική ηλικία της, και το οικονομικό μέρος πρέπει να βελτιωθεί.

Η ομάδα δούλεψε στην έρευνα μαζί με τους συν-συγγραφείς Jingwei Ling, Mingxiao Li και Yang He του Τμήματος Ηλεκτρολογικού και Υπολογιστικού Μηχανικού. Το έργο περιελάμβανε επίσης τον Jeremy Staffa του Ινστιτούτου Οπτικών.