研究者は量子エンタングルメントを用いて「ウルトラブロードバンド」を達成

ロチェスター大学の研究者は、薄膜ナノフォトニックデバイスを使用して、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達成しました。

この新しいアプローチにより、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が可能になる可能性があります。

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、極めて遠く離れてい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。たとえば、光子の周波数をエンタングルメントし、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ウルトラブロードバンド量子エンタングルメントを生成するための重要なブレークスルーを表しています。」とLinは述べています。「そして、通信、コンピューティング、センシングのため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見せています。」

光のブロードバンド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ブロードバンドエンタングルメントを生成するために依存しています。各セクションは光学的特性が若干異なり、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、より大きな帯域幅が達成できます。

Usman JavidはLinの研究所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の低下の代償があります。」とJavidは述べています。「常に帯域幅と生成された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このトレードオフを完全に回避し、レコード的な明るさでレコード的な帯域幅を達成しました。」

チームによって開発され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に依存しています。バルクデバイスはミリメートル単位のサイズであるのに対し、薄膜デバイスの厚さは600ナノメートルです。これは、バルククリスタルよりもクロスセクション面積が約100万倍小さく、デバイス内の光の伝播は波導の寸法に非常に敏感です。

波導の寸法のわずかな変化で、伝播する光の位相と群速度に大きな変化が生じるため、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。

「この帯域幅を最大化するための幾何学的パラメータ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

チームは、デバイスを実験室での実験に使用する準備ができていますが、商業的に使用するには、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はまだ初期段階であり、コスト面の改善が必要です。

チームは、電気電子工学科のJingwei Ling、Mingxiao Li、Yang He、および光学研究所のJeremy Staffaと共同で研究に取り組みました。