Araştırmacılar Kuantum Bağlantısını Kullanarak “Ultragenişbant”ı Başardı

Rochester Üniversitesi’ndeki araştırmacılar, inanılmaz derecede büyük bir bant genişliği elde etmek için kuantum bağlantısını kullanmışlardır. Bunu, bir thin-film nanofotonik cihaz kullanarak yaptılar.

Bu yeni yaklaşım, metroloji ve algılama deneylerinde duyarlılık ve çözünürlüğü artırabilir ve ayrıca bilgi işleme ve iletişimdeki kuantum ağları için daha yüksek boyutlu bilgi kodlamasına yol açabilir.

Araştırma Physical Review Letters‘de yayımlandı.

Kuantum Bağlantısı

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

Fotonlar devreye girdiğinde ve bağlantının içinde yer aldıklarında, çok daha fazla olanak ortaya çıkar. Örneğin, fotonların frekansları bağlantılı olabilir ve bant genişliği kontrol edilebilir.

Qiang Lin, elektrik ve bilgisayar mühendisliği profesörüdür.

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

Işık Bağlantısının Genişbantlı Bağlantısı

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

Usman Javid, Lin’in Laboratuvarındaki bir PhD öğrencisi ve makalenin baş yazarıdır.

“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 ikisi arasında bir seçim yapmak zorunda kalacaksınız. Biz, dispersiyon mühendisliği tekniğimizle bu tradeoff’ı tamamen aşarak hem rekor düzeyde bir bant genişliği hem de rekor düzeyde bir parlaklık elde ettik.”

Ekibin geliştirdiği yeni, thin-film lityum niobat nanofotonik cihazı, her iki yanında elektrotlarla donatılmış tek bir waveguide’a dayanır. Bir bulk cihaz milimetrelerce geniş olabilirken, thin-film cihazı 600 nanometre kalınlığıyla oldukça etkileyicidir. Bu, bir bulk kristalden milyonlarca kez daha küçük bir kesit alanına sahiptir ve ışığın yayılmasını waveguide boyutlarına çok duyarlı hale getirir.

Cihazın boyutunda birkaç nanometrelik bir varyasyon, ışığın faz ve grup hızında büyük değişikliklere neden olabilir. Bu nedenle, cihaz, momentum-uyma pair-üretme sürecinin bant genişliğini kontrol etmeyi sağlar.

“Bu bant genişliğini en üst düzeye çıkaran geometriyi bulmak için bir parametre optimizasyon problemi çözebiliriz” diyor Javid.

Cihazın Dağıtımı

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

Lityum niobat üretimi hala bebeklik döneminde olup, mali yönü iyileştirilmelidir.

Ekibin araştırmalarına, Elektrik ve Bilgisayar Mühendisliği Bölümü’nden Jingwei Ling, Mingxiao Li ve Yang He ile birlikte Optik Enstitüsü’nden Jeremy Staffa da katkıda bulunmuştur.