Istraživači koriste kvantnu isprepletenost za postizanje "ultraširokog pojasa"

Istraživači sa Sveučilišta u Rochesteru iskoristili su kvantnu isprepletenost kako bi postigli nevjerojatno veliku propusnost. Učinili su to pomoću nanofotonskog uređaja s tankim filmom. 

Ovaj novi pristup mogao bi dovesti do poboljšane osjetljivosti i razlučivosti za eksperimente u mjeriteljstvu i senzorima, kao i do višedimenzionalnog kodiranja informacija u kvantnim mrežama za obradu informacija i komunikacije. 

Istraživanje je objavljeno u Pisma o fizičkom pregledu. 

Kvantno zapletanje

Kvantna isprepletenost događa se kada su dvije kvantne čestice međusobno povezane, a to se može dogoditi čak i kada su izuzetno udaljene jedna od druge. Promatranje jedne čestice utječe na drugu, pokazujući kako one međusobno komuniciraju. 

Kad god fotoni uđu u sliku i uključe se u splet, postoji mnogo više mogućnosti. Na primjer, frekvencije fotona mogu se ispreplesti i širina pojasa se može kontrolirati. 

Qiang Lin je profesor elektrotehnike i računalnog inženjerstva. 

"Ovaj rad predstavlja veliki korak naprijed u proizvodnji ultraširokopojasnog kvantnog zapleta na nanofotonskom čipu", kaže Lin. "I pokazuje snagu nanotehnologije za razvoj budućih kvantnih uređaja za komunikaciju, računalstvo i senzor."

Širokopojasno upletanje svjetlosti

Trenutačni uređaji često se oslanjaju na dijeljenje masovnog kristala u male dijelove kako bi se stvorilo širokopojasno preplitanje svjetlosti. Svaki od ovih odjeljaka malo varira u optičkim svojstvima i generira različite frekvencije parova fotona. Zbrajanjem ovih frekvencija može se postići veća propusnost. 

Usman Javid je doktorant u Lin's Labu i glavni autor rada.

"Ovo je prilično neučinkovito i dolazi po cijenu smanjene svjetline i čistoće fotona", kaže Javid. “Uvijek će postojati kompromis između širine pojasa i svjetline generiranih parova fotona, a čovjek mora napraviti izbor između to dvoje. Potpuno smo zaobišli ovaj kompromis našom tehnikom disperzijskog inženjeringa kako bismo dobili oboje: rekordno visoku propusnost pri rekordno visokoj svjetlini.”

Novorazvijeni nanofotonski uređaj s tankim slojem litij niobata koji je izradio tim oslanja se na jedan valovod s elektrodama na obje strane. Dok masovni uređaj može imati milimetarski promjer, uređaj s tankim filmom izuzetno je impresivan u svojoj debljini od 600 nanometara. To ga čini milijun puta manjim u površini poprečnog presjeka od rasutog kristala, čineći širenje svjetlosti izuzetno osjetljivim na dimenzije valovoda. 

Može doći do velikih promjena u fazi i grupnoj brzini svjetlosti koja se širi kroz uređaj samo s varijacijom od nekoliko nanometara. Zbog toga uređaj dopušta kontrolu nad širinom pojasa u kojem se proces generiranja para usklađuje s momentom.

"Možemo riješiti problem optimizacije parametara kako bismo pronašli geometriju koja maksimizira ovu propusnost", kaže Javid. 

Postavljanje uređaja

Tim ima uređaj spreman za korištenje u eksperimentima u laboratoriju, ali ako se želi koristiti u komercijalne svrhe, morat će smisliti učinkovitiji i jeftiniji proces izrade. 

Proizvodnja litijeva niobata još je u povojima, a financijski aspekt mora se poboljšati. 

Tim je radio na istraživanju zajedno s koautorima Jingwei Ling, Mingxiao Li i Yang He s Odjela za elektrotehniku ​​i računalni inženjering. U projekt je također uključen Jeremy Staffa s Instituta za optiku.