Výskumníci používajú kvantové zapletenie na dosiahnutie „ultrapásmového pripojenia“

Výskumníci z University of Rochester využili kvantové zapletenie na dosiahnutie neuveriteľne veľkej šírky pásma. Urobili to pomocou tenkovrstvového nanofotonického zariadenia. 

Tento nový prístup by mohol viesť k zvýšenej citlivosti a rozlíšeniu pre experimenty v metrológii a snímaní, ako aj k vyššiemu rozmerovému kódovaniu informácií v kvantových sieťach na spracovanie informácií a komunikáciu. 

Výskum bol publikovaný v roku XNUMX Physical Review Letters. 

Kvantové zapletenie

Kvantové zapletenie nastáva, keď sú dve kvantové častice navzájom spojené, a to sa môže stať aj vtedy, keď sú od seba extrémne vzdialené. Pozorovanie jednej častice ovplyvňuje druhú a ukazuje, ako medzi sebou komunikujú. 

Kedykoľvek fotóny vstúpia do obrazu a zapoja sa do zapletenia, existuje oveľa viac možností. Frekvencie fotónov môžu byť napríklad zapletené a šírka pásma môže byť riadená. 

Qiang Lin je profesorom elektrotechniky a počítačového inžinierstva. 

„Táto práca predstavuje veľký skok vpred vo výrobe ultraširokopásmového kvantového zapletenia na nanofotonickom čipe,“ hovorí Lin. "A demonštruje silu nanotechnológie pre vývoj budúcich kvantových zariadení pre komunikáciu, výpočtovú techniku ​​a snímanie."

Širokopásmové zapletenie svetla

Súčasné zariadenia sa často spoliehajú na rozdelenie veľkého kryštálu na malé časti, aby sa vytvorilo širokopásmové zapletenie svetla. Každá z týchto sekcií sa mierne líši v optických vlastnostiach a generuje rôzne frekvencie fotónových párov. Sčítaním týchto frekvencií je možné dosiahnuť väčšiu šírku pásma. 

Usman Javid je doktorandom v Lin's Lab a hlavným autorom článku.

"Je to dosť neefektívne a prichádza za cenu zníženého jasu a čistoty fotónov," hovorí Javid. "Vždy bude existovať kompromis medzi šírkou pásma a jasom generovaných párov fotónov a človek si musí vybrať medzi týmito dvoma." Tento kompromis sme úplne obišli s našou technikou disperzného inžinierstva, aby sme dosiahli oboje: rekordne veľkú šírku pásma pri rekordne vysokom jase.“

Novo vyvinuté, tenkovrstvové nanofotonické zariadenie z niobátu lítneho, ktoré vytvoril tím, sa spolieha na jediný vlnovod s elektródami na oboch stranách. Zatiaľ čo veľké zariadenie môže mať priemer milimetrov, tenkovrstvové zariadenie je mimoriadne pôsobivé svojou hrúbkou 600 nanometrov. Vďaka tomu je vo svojej prierezovej ploche miliónkrát menší ako objemový kryštál, vďaka čomu je šírenie svetla mimoriadne citlivé na rozmery vlnovodu. 

Môžu nastať veľké zmeny vo fáze a skupinovej rýchlosti svetla šíriaceho sa cez zariadenie len s odchýlkou ​​niekoľkých nanometrov. Z tohto dôvodu zariadenie umožňuje kontrolu nad šírkou pásma, v ktorej je proces vytvárania párov prispôsobený hybnosti.

„Môžeme vyriešiť problém s optimalizáciou parametrov, aby sme našli geometriu, ktorá maximalizuje túto šírku pásma,“ hovorí Javid. 

Nasadenie zariadenia

Tím má zariadenie pripravené na nasadenie v experimentoch v laboratórnom prostredí, ale ak sa má komerčne použiť, bude musieť prísť s efektívnejším a lacnejším výrobným procesom. 

Výroba niobátu lítneho je stále v plienkach a finančný aspekt sa musí zlepšiť. 

Tím pracoval na výskume spolu so spoluautormi Jingwei Ling, Mingxiao Li a Yang He z Katedry elektrotechniky a počítačového inžinierstva. Súčasťou projektu bol aj Jeremy Staffa z Inštitútu optiky.