Peneliti Menggunakan Keterkaitan Kuantum untuk Mencapai “Ultrabroadband”

Peneliti di Universitas Rochester telah memanfaatkan keterkaitan kuantum untuk mencapai lebar pita yang luar biasa besar. Mereka melakukan ini dengan menggunakan perangkat nanofotonik tipis.

Pendekatan baru ini dapat menyebabkan peningkatan sensitivitas dan resolusi untuk eksperimen dalam metrologi dan penginderaan, serta pengkodean informasi dimensi yang lebih tinggi dalam jaringan kuantum untuk pemrosesan dan komunikasi informasi.

Penelitian ini diterbitkan di Physical Review Letters.

Keterkaitan Kuantum

Keterkaitan kuantum terjadi ketika dua partikel kuantum terhubung satu sama lain, dan ini dapat terjadi bahkan ketika mereka sangat jauh dari satu sama lain. Pengamatan satu partikel mempengaruhi partikel lainnya, menunjukkan bagaimana mereka berkomunikasi satu sama lain.

Ketika foton memasuki gambar dan terlibat dalam keterkaitan, ada banyak kemungkinan. Misalnya, frekuensi foton dapat terkait dan lebar pita dapat dikendalikan.

Qiang Lin adalah profesor teknik elektro dan komputer.

“Karya ini mewakili lompatan besar dalam menghasilkan keterkaitan kuantum ultrabroadband pada chip nanofotonik,” kata Lin. “Dan itu menunjukkan kekuatan nanoteknologi untuk mengembangkan perangkat kuantum masa depan untuk komunikasi, komputasi, dan penginderaan.”

Keterkaitan Cahaya Broadband

Perangkat saat ini sering mengandalkan membagi kristal bulk menjadi bagian-bagian kecil untuk menghasilkan keterkaitan cahaya broadband. Setiap bagian memiliki sifat optik yang sedikit bervariasi dan menghasilkan frekuensi yang berbeda dari pasangan foton. Dengan menambahkan frekuensi-frekuensi ini, lebar pita yang lebih besar dapat dicapai.

Usman Javid adalah mahasiswa PhD di Lab Lin dan penulis utama makalah ini.

“Ini sangat tidak efisien dan datang dengan biaya penurunan kecerahan dan kemurnian foton,” kata Javid. “Selalu akan ada kompromi antara lebar pita dan kecerahan pasangan foton yang dihasilkan, dan satu harus memilih antara keduanya. Kami telah menghindari kompromi ini dengan teknik rekayasa dispersi kami untuk mendapatkan keduanya: lebar pita tertinggi pada kecerahan tertinggi.”

Perangkat nanofotonik tipis lithium niobat yang baru dikembangkan oleh tim ini bergantung pada satu waveguide dengan elektroda di kedua sisi. Sementara perangkat bulk dapat berukuran milimeter, perangkat tipis ini sangat mengesankan dengan ketebalan 600 nanometer. Ini membuatnya sejuta kali lebih kecil dalam luas penampangnya daripada kristal bulk, membuat propagasi cahaya sangat sensitif terhadap dimensi waveguide.

Perubahan besar dapat terjadi pada fase dan kecepatan grup cahaya yang mempropagasi melalui perangkat hanya dengan variasi beberapa nanometer. Karena itu, perangkat ini memungkinkan kontrol atas lebar pita di mana proses pembentukan pasangan momentum-matched.

“Kami dapat memecahkan masalah optimasi parameter untuk menemukan geometri yang memaksimalkan lebar pita ini,” kata Javid.

Penyebaran Perangkat

Tim telah memiliki perangkat siap untuk diterapkan dalam eksperimen di laboratorium, tetapi jika ingin digunakan secara komersial, mereka perlu mengembangkan proses fabrikasi yang lebih efisien dan murah.

Fabrikasi lithium niobat masih dalam tahap awal, dan aspek keuangan harus ditingkatkan.

Tim bekerja pada penelitian bersama dengan penulis bersama Jingwei Ling, Mingxiao Li, dan Yang He dari Departemen Teknik Elektro dan Komputer. Proyek ini juga melibatkan Jeremy Staffa dari Institut Optik.