研究者は量子もつれを利用して「ウルトラブロードバンド」を実現

ロチェスター大学の研究者らは、量子もつれを利用して、信じられないほど大きな帯域幅を実現しました。 彼らは、薄膜ナノフォトニクスデバイスを使用してこれを実現しました。 

この新しいアプローチは、情報処理や通信のための量子ネットワークにおける情報の高次元エンコードだけでなく、計測やセンシングにおける実験の感度と分解能の向上につながる可能性があります。 

この研究は Physical Review Lettersに. 

量子もつれ

量子もつれは、XNUMX つの量子粒子が互いに接続されるときに発生します。これは、粒子が互いに非常に離れている場合でも発生する可能性があります。 XNUMX つの粒子の観察は他の粒子に影響を与え、粒子がどのように相互に通信しているかを示します。 

光子が画像に入り込み、もつれに関与するたびに、さらに多くの可能性が生まれます。 たとえば、光子の周波数を絡ませたり、帯域幅を制御したりできます。 

Qiang Lin は電気工学およびコンピュータ工学の教授です。 

「この研究は、ナノフォトニクスチップ上で超広帯域の量子もつれを生成する上での大きな進歩を表しています」とリン氏は言う。 「そしてこれは、通信、コンピューティング、センシング用の将来の量子デバイスの開発におけるナノテクノロジーの力を実証しています。」

光の広帯域エンタングルメント

現在のデバイスは、広帯域の光のもつれを生成するために、バルク結晶を小さなセクションに分割することに依存していることがよくあります。 これらのセクションのそれぞれは光学特性がわずかに異なり、光子ペアの異なる周波数を生成します。 これらの周波数を加算することにより、より広い帯域幅を実現できます。 

Usman Javid はリンの研究室の博士課程の学生であり、この論文の筆頭著者です。

「これは非常に非効率であり、光子の明るさと純度が低下します」とジャビッド氏は言う。 「生成された光子ペアの帯域幅と明るさの間には常にトレードオフがあり、どちらかを選択する必要があります。 私たちは分散工学技術によってこのトレードオフを完全に回避し、記録的な明るさで記録的な帯域幅を実現するという両方を実現しました。」

同チームが作成した新しく開発された薄膜ニオブ酸リチウムナノフォトニックデバイスは、両側に電極を備えた単一の導波路に依存している。 バルクデバイスの直径は数ミリメートルですが、薄膜デバイスの厚さは 600 ナノメートルで非常に優れています。 これにより、バルク結晶よりも断面積が XNUMX 万倍小さくなり、光の伝播が導波路の寸法に非常に敏感になります。 

わずか数ナノメートルの変化で、デバイスを伝播する光の位相と群速度に大きな変化がもたらされる可能性があります。 このため、このデバイスでは、ペア生成プロセスの運動量が一致する帯域幅を制御できます。

「パラメータ最適化問題を解決して、この帯域幅を最大化する形状を見つけることができます」と Javid 氏は言います。 

デバイスの導入

チームはこのデバイスを研究室環境での実験に導入できる状態にしていますが、商業的に使用する場合は、より効率的で安価な製造プロセスを考案する必要があります。 

ニオブ酸リチウムの製造はまだ初期段階にあり、財務面を改善する必要があります。 

研究チームは、共著者である電気・コンピュータ工学部のJingwei Ling氏、Mingxiao Li氏、Yang He氏とともに研究に取り組んだ。 このプロジェクトには光学研究所のジェレミー・スタファも参加しました。