Investigadores utilizan la entrelazamiento cuántico para lograr “ultrabanda ancha”

Los investigadores de la Universidad de Rochester han aprovechado la entrelazamiento cuántico para lograr una banda ancha increíblemente grande. Lo hicieron utilizando un dispositivo nanofotónico de película delgada.

Este nuevo enfoque podría conducir a una mayor sensibilidad y resolución para experimentos en metrología y detección, así como a una codificación de información de mayor dimensionalidad en redes cuánticas para el procesamiento y la comunicación de información.

La investigación se publicó en Physical Review Letters.

Entrelazamiento cuántico

El entrelazamiento cuántico ocurre cuando dos partículas cuánticas están conectadas entre sí, y esto puede ocurrir incluso cuando están extremadamente lejos una de la otra. La observación de una partícula afecta a la otra, demostrando cómo se comunican entre sí.

Cuando los fotones entran en escena y se involucran en el entrelazamiento, hay muchas más posibilidades. Por ejemplo, las frecuencias de los fotones pueden estar entrelazadas y el ancho de banda puede controlarse.

Qiang Lin es profesor de ingeniería eléctrica y computacional.

“Este trabajo representa un gran avance en la producción de entrelazamiento cuántico ultrabanda ancha en un chip nanofotónico”, dice Lin. “Y demuestra el poder de la nanotecnología para desarrollar dispositivos cuánticos futuros para la comunicación, la computación y la detección”.

Entrelazamiento de luz de banda ancha

Los dispositivos actuales a menudo dependen de dividir un cristal en secciones pequeñas para generar entrelazamiento de luz de banda ancha. Cada una de estas secciones varía ligeramente en propiedades ópticas y genera diferentes frecuencias de los pares de fotones. Al sumar estas frecuencias, se puede lograr un ancho de banda más grande.

Usman Javid es un estudiante de doctorado en el laboratorio de Lin y autor principal del artículo.

“Esto es bastante ineficiente y conlleva un costo de reducción de la brillantez y pureza de los fotones”, dice Javid. “Siempre habrá un compromiso entre el ancho de banda y la brillantez de los pares de fotones generados, y uno debe elegir entre los dos. Hemos evitado completamente este compromiso con nuestra técnica de ingeniería de dispersión para obtener ambos: un ancho de banda récord a una brillantez récord”.

El dispositivo nanofotónico de niobato de litio de película delgada desarrollado por el equipo depende de una guía de onda con electrodos en ambos lados. Mientras que un dispositivo en bloque puede tener milímetros de ancho, el dispositivo de película delgada es extremadamente impresionante en su grosor de 600 nanómetros. Esto lo hace un millón de veces más pequeño en su área transversal que un cristal en bloque, lo que hace que la propagación de la luz sea extremadamente sensible a las dimensiones de la guía de onda.

Pueden producirse cambios importantes en la fase y la velocidad de grupo de la luz que se propaga a través del dispositivo con solo una variación de unos pocos nanómetros. Debido a esto, el dispositivo permite controlar el ancho de banda en el que se produce el proceso de generación de pares.

“Podemos resolver un problema de optimización de parámetros para encontrar la geometría que maximiza este ancho de banda”, dice Javid.

Despliegue del dispositivo

El equipo tiene el dispositivo listo para ser desplegado en experimentos en un entorno de laboratorio, pero si se va a utilizar comercialmente, necesitarán desarrollar un proceso de fabricación más eficiente y económico.

La fabricación de niobato de litio aún está en su infancia, y el aspecto financiero debe mejorarse.

El equipo trabajó en la investigación junto con los coautores Jingwei Ling, Mingxiao Li y Yang He del Departamento de Ingeniería Eléctrica y Computacional. El proyecto también incluyó a Jeremy Staffa del Instituto de Óptica.