Cercetătorii utilizează încâlcirea cuantică pentru a obține “ultrabandă largă”

Cercetătorii de la Universitatea Rochester au utilizat încâlcirea cuantică pentru a obține o lățime de bandă incredibil de mare. Ei au făcut acest lucru folosind un dispozitiv nanofotonic subțire.

Această abordare nouă poate duce la o sensibilitate și o rezoluție îmbunătățite pentru experimentele de metrologie și detectare, precum și la o codificare dimensională mai mare a informației în rețelele cuantice pentru prelucrarea și transmiterea informației.

Cercetarea a fost publicată în Scrisori de revizuire fizică.

Încâlcire cuantică

Încâlcirea cuantică are loc atunci când două particule cuantice sunt conectate una la cealaltă, și acest lucru poate apărea chiar și atunci când ele sunt extrem de departe una de cealaltă. O observație a unei particule afectează cealaltă, demonstrând cum comunică una cu cealaltă.

Atunci când fotonii intră în imagine și devin implicați în încâlcire, există multe mai multe posibilități. De exemplu, frecvențele fotonilor pot fi încâlcite și lățimea de bandă poate fi controlată.

Qiang Lin este profesor de inginerie electrică și informatică.

“Această lucrare reprezintă un salt major înainte în producerea încâlcirii cuantice ultrabandă pe un cip nanofotonic,” spune Lin. “Și demonstrează puterea nanotehnologiei pentru dezvoltarea dispozitivelor cuantice viitoare pentru comunicare, calcul și detectare.”

Încâlcire cu bandă largă a luminii

Dispozitivele actuale se bazează adesea pe divizarea unui cristal în bulk în secțiuni mici pentru a genera încâlcire cu bandă largă a luminii. Fiecare dintre aceste secțiuni variază ușor în proprietăți optice și generează frecvențe diferite ale perechilor de fotoni. Prin adăugarea acestor frecvențe, se poate obține o lățime de bandă mai mare.

Usman Javid este student doctorand în laboratorul lui Lin și autor principal al lucrării.

“Acest lucru este destul de ineficient și vine la un cost de reducere a strălucirii și purității fotonilor,” spune Javid. “Va exista întotdeauna un compromis între lățimea de bandă și strălucirea perechilor de fotoni generate, și trebuie să alegi între cele două. Am ocolit complet acest compromis cu tehnica noastră de inginerie a dispersiei pentru a obține ambele: o lățime de bandă record la o strălucire record.”

Dispozitivul nanofotonic subțire din litiu niobat, dezvoltat de echipă, se bazează pe o singură undă ghidată cu electrozi de ambele părți. În timp ce un dispozitiv în bulk poate fi de milimetri, dispozitivul subțire are o grosime de 600 de nanometri. Acest lucru îl face de un milion de ori mai mic în suprafața sa transversală decât un cristal în bulk, făcând propagarea luminii extrem de sensibilă la dimensiunile undei ghidate.

Pot exista schimbări majore aduse fazei și vitezei de grup a luminii care se propagă prin dispozitiv, chiar și cu o variație de câteva nanometri. Din cauza acestui fapt, dispozitivul permite controlul asupra lățimii de bandă în care are loc procesul de generare a perechilor.

“Putem rezolva o problemă de optimizare a parametrilor pentru a găsi geometria care maximizează această lățime de bandă,” spune Javid.

Implementarea dispozitivului

Echipa are dispozitivul gata de a fi implementat în experimente într-un mediu de laborator, dar dacă urmează să fie utilizat comercial, vor trebui să dezvolte un proces de fabricație mai eficient și mai ieftin.

Fabricarea litiului niobat este încă în stadiul de început, și aspectul financiar trebuie îmbunătățit.

Echipa a lucrat la cercetare alături de coautorii Jingwei Ling, Mingxiao Li și Yang He de la Departamentul de Inginerie Electrică și Informatică. Proiectul a inclus și pe Jeremy Staffa de la Institutul de Optică.