Araştırmacılar Kuantum Bağlantısını Kullanarak “Ultrabroadband” Achieve Ettiler

Rochester Üniversitesi’ndeki araştırmacılar, kuantum bağlantısını kullanarak inanılmaz derecede büyük bant genişliği elde ettiler. Bunu, ince film nanofotonik bir cihaz kullanarak yaptılar.

Bu yeni yaklaşım, metroloji ve algılama deneylerinde duyarlılık ve çözünürlüğü artırabilir ve ayrıca bilgi işlem ve iletişim için kuantum ağlarında bilgi kodlamasını daha yüksek boyutlara çıkarabilir.

Araştırma Physical Review Letters‘de yayımlandı.

Kuantum Bağlantısı

Kuantum bağlantısı, iki kuantum parçacığının birbirine bağlandığı zaman gerçekleşir ve bu, birbirlerinden çok uzak olsalar bile olabilir. Bir parçacığın gözlemi, diğerini etkiler ve birbirleriyle nasıl iletişim kurduklarını gösterir.

Fotonlar devreye girdiğinde ve bağlantının bir parçası olduklarında, birçok olanak ortaya çıkar. Örneğin, fotonların frekansları bağlantılı olabilir ve bant genişliği kontrol edilebilir.

Qiang Lin, elektrik ve bilgisayar mühendisliği profesörü.

“Bu çalışma, nanofotonik bir chípte ultrabroadband kuantum bağlantısı üretmede büyük bir adım forward representa ediyor” diyor Lin. “Ve nanoteknolojinin gelecekteki kuantum cihazları için iletişim, hesaplama ve algılama geliştirmek için gücünü gösteriyor.”

Işık Bağlantısı

Mevcut cihazlar genellikle, ışığın geniş bant bağlantısını üretmek için bir bulk kristali küçük bölümlere ayırmaya dayanır. Her bir bölümün slightly farklı optik özellikleri vardır ve farklı foton çiftleri frekansları üretir. Bu frekansları birleştirerek, daha büyük bir bant genişliği elde edilebilir.

Usman Javid, Lin’in laboratuvarındaki bir doktora öğrencisi ve makalenin baş yazarı.

“Bu oldukça verimsiz ve fotonların parlaklığı ve saflığının azalmasıyla sonuçlanır” diyor Javid. “Her zaman bant genişliği ve üretilen foton çiftlerinin parlaklığı arasında bir tradeoff olacaktır ve bunlardan birini seçmek gerekir. Biz, dispersiyon mühendisliği tekniğimizle bu tradeoff’ı tamamen ortadan kaldırdık ve rekor düzeyde bir bant genişliği ve rekor düzeyde bir parlaklık elde ettik.”

Ekibin geliştirdiği yeni, ince film lityum niobat nanofotonik cihazı, her iki yanında elektrotlarla donatılmış tek bir dalga kılavuzundan oluşur. Bir bulk cihaz milimetreler boyunca olabilir, ancak ince film cihazı 600 nanometre kalınlığındadır. Bu, bir bulk kristalden milyonlarca kez daha küçük bir kesit alanına sahiptir ve cihazda ışık propagasyonu, dalga kılavuzunun boyutlarına çok duyarlıdır.

Cihazda birkaç nanometrelik bir varyasyon, ışık propagasyonunun faz ve grup hızında büyük değişikliklere neden olabilir. Bu nedenle, cihaz, momentum-uyma pair-üretme sürecinin banda kontrolü sağlar.

“Bu banda maksimum değeri elde etmek için bir parametre optimizasyon problemi çözebiliriz” diyor Javid.

Cihazın Dağıtımı

Ekibin cihazı, laboratuvar ortamında deneylerde kullanılmaya hazır, ancak ticari olarak kullanılmak istenirse, daha verimli ve ucuz bir üretim süreci geliştirmeleri gerekir.

Lityum niobat üretimi hala bebeklik döneminde ve mali yönü verbessirilmelidir.

Ekibin araştırmaları, Elektrik ve Bilgisayar Mühendisliği Bölümü’nden Jingwei Ling, Mingxiao Li ve Yang He ile birlikte yürütüldü. Projede ayrıca Optik Enstitüsü’nden Jeremy Staffa yer aldı.