研究者が量子エンタングルメントを用いて「超広帯域」を実現

ロチェスター大学の研究者は、量子エンタングルメントを利用して、驚くほど大きな帯域幅を実現しました。彼らは、薄膜ナノフォトニック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、測定とセンシングの実験における感度と解像度の向上、および情報処理と通信のための量子ネットワークでの情報の高次元エンコードに役立ちます。

この研究は、Physical Review Lettersに掲載されました。

量子エンタングルメント

量子エンタングルメントは、2つの量子粒子が互いに接続され、非常に遠く離れても発生する現象です。1つの粒子の観測がもう1つの粒子に影響を与え、どのように通信しているかを示しています。

光子が関与しエンタングルメントに参加すると、多くの可能性が生まれます。例えば、光子の周波数がエンタングルメントされ、帯域幅を制御できます。

Qiang Linは電気電子工学の教授です。

「この研究は、ナノフォトニックチップ上で超広帯域の量子エンタングルメントを生成する大きな飛躍です」とLinは述べています。「そして、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見せています。」

光の広帯域エンタングルメント

現在のデバイスは、通常、バルククリスタルを小さなセクションに分割して光の広帯域エンタングルメントを生成します。各セクションは光学的特性がわずかに異なり、異なる周波数の光子ペアを生成します。これらの周波数を組み合わせることで、より大きな帯域幅を実現できます。

Usman JavidはLinの研究室の博士課程の学生であり、論文の第一著者です。

「これはかなり非効率的であり、光子の明るさと純度が低下することになります」とJavidは述べています。「常に帯域幅と生成される光子ペアの明るさの間にはトレードオフがあり、どちらかを選択しなければなりません。私たちは、分散工学技術を使用して、レコード的な帯域幅とレコード的な明るさの両方を実現しました。」

研究チームが開発した新しい薄膜リチウムニオベートナノフォトニックデバイスは、両側に電極を持つ単一の波導で構成されています。バルクデバイスはミリメートル単位の大きさですが、薄膜デバイスは600ナノメートルの厚さしかありません。これは、バルククリスタルの断面積よりも約100万倍小さいことを意味し、デバイスを通過する光の伝播は波導の寸法に非常に敏感です。

波導の寸法がわずか数ナノメートル変化するだけで、伝播する光の位相と群速度に大きな変化が生じる可能性があります。したがって、デバイスは、ペア生成プロセスが運動量に一致する帯域幅を制御できます。

「帯域幅を最大化するための最適な幾何学的形状を見つけるために、パラメータ最適化問題を解くことができます」とJavidは述べています。

デバイスの展開

研究チームは、デバイスを実験室での実験に使用する準備が整っていますが、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開発する必要があります。

リチウムニオベートの製造技術はまだ初期段階にあり、経済的な側面を改善する必要があります。

研究チームは、電気電子工学科のJingwei Ling、Mingxiao Li、Yang He氏、および光学研究所のJeremy Staffa氏と共同で研究を行いました。