Les chercheurs utilisent l’intrication quantique pour atteindre l’« ultrabande passante »

Les chercheurs de l’Université de Rochester ont exploité l’intrication quantique pour atteindre une bande passante incroyablement large. Ils ont réalisé cela en utilisant un dispositif nanophotonique à film mince.

Cette nouvelle approche pourrait conduire à une sensibilité et une résolution améliorées pour les expériences de métrologie et de détection, ainsi qu’à un codage d’informations à plus haute dimension dans les réseaux quantiques pour le traitement et la communication de l’information.

La recherche a été publiée dans Physical Review Letters.

Intrication quantique

L’intrication quantique se produit lorsque deux particules quantiques sont connectées l’une à l’autre, et cela peut se produire même lorsqu’elles sont extrêmement éloignées l’une de l’autre. Une observation d’une particule affecte l’autre, démontrant comment elles communiquent l’une avec l’autre.

Lorsque les photons entrent en scène et deviennent impliqués dans l’intrication, il y a de nombreuses possibilités supplémentaires. Par exemple, les fréquences des photons peuvent être intriquées et la bande passante peut être contrôlée.

Qiang Lin est professeur d’ingénierie électrique et informatique.

« Ce travail représente un grand bond en avant dans la production d’une intrication quantique ultrabande passante sur une puce nanophotonique », déclare Lin. « Et cela démontre le pouvoir de la nanotechnologie pour développer des dispositifs quantiques futurs pour la communication, l’informatique et la détection. »

Intrication large bande de la lumière

Les dispositifs actuels s’appuient souvent sur la division d’un cristal massif en petites sections pour générer une intrication large bande de la lumière. Chacune de ces sections varie légèrement en propriétés optiques et génère des fréquences différentes des paires de photons. En additionnant ces fréquences, une bande passante plus large peut être atteinte.

Usman Javid est un étudiant en doctorat dans le laboratoire de Lin et auteur principal de l’article.

« C’est assez inefficace et se fait au détriment d’une luminosité et d’une pureté réduites des photons », déclare Javid. “Il y aura toujours un compromis entre la bande passante et la luminosité des paires de photons générées, et il faut faire un choix entre les deux. Nous avons complètement contourné ce compromis avec notre technique d’ingénierie de dispersion pour obtenir les deux : une bande passante record à une luminosité record. “

Le dispositif nanophotonique à film mince en niobate de lithium développé par l’équipe repose sur une seule guide d’onde avec des électrodes de chaque côté. Alors qu’un dispositif massif peut mesurer des millimètres de diamètre, le dispositif à film mince est extrêmement impressionnant avec une épaisseur de 600 nanomètres. Cela le rend un million de fois plus petit en superficie que un cristal massif, ce qui rend la propagation de la lumière extrêmement sensible aux dimensions de la guide d’onde.

Il peut y avoir des changements majeurs dans la phase et la vitesse de groupe de la lumière se propageant à travers le dispositif avec une variation de quelques nanomètres. En raison de cela, le dispositif permet de contrôler la bande passante dans laquelle le processus de génération de paires est apparié en impulsion.

« Nous pouvons résoudre un problème d’optimisation de paramètres pour trouver la géométrie qui maximise cette bande passante », déclare Javid.

Déploiement du dispositif

L’équipe a le dispositif prêt à être déployé dans des expériences en laboratoire, mais s’il doit être utilisé commercialement, ils devront mettre au point un processus de fabrication plus efficace et moins coûteux.

La fabrication de niobate de lithium est encore dans son enfance, et l’aspect financier doit être amélioré.

L’équipe a travaillé sur la recherche aux côtés des co-auteurs Jingwei Ling, Mingxiao Li et Yang He du département d’ingénierie électrique et informatique. Le projet comprenait également Jeremy Staffa de l’Institut d’optique.