Дослідники використовують квантове запутування для досягнення “ультрабанди”

Дослідники університету Рочестера використали квантове запутування для досягнення неймовірно великої смуги пропускання. Вони це зробили, використавши тонкоплівковий нанофотонний пристрій.

Цій новий підхід може привести до підвищення чутливості та роздільної здатності для експериментів у метрології та датчуванні, а також вищої розмірності кодування інформації в квантових мережах для обробки інформації та зв’язку.

Дослідження було опубліковано в Physical Review Letters.

Квантове запутування

Квантове запутування відбувається, коли два квантових частинки пов’язані одна з одною, і це може статися навіть тоді, коли вони дуже далеко одна від одної. Наблюдення однієї частинки впливає на іншу, демонструючи, як вони спілкуються одна з одною.

Коли фотони вступають у гру і стають частиною запутування, існує багато більше можливостей. Наприклад, частоти фотонів можуть бути запутані, а смуга пропускання може бути контролювана.

Qiang Lin є професором електротехніки та комп’ютерних наук.

“Ця робота представляє собою великий стрибок вперед у створенні ультрабанди квантового запутування на нанофотонному чипі”, – говорить Лін. “І це демонструє силу нанотехнологій для розробки майбутніх квантових пристроїв для зв’язку, обчислень та датчування”.

Широкосмугове запутування світла

Поточні пристрої часто залежать від розділення масового кристала на невеликі секції для генерації широкосмугового запутування світла. Кожна з цих секцій трохи відрізняється за оптичними властивостями та генерує різні частоти фотонних пар. Додаванням цих частот можна досягти більшої смуги пропускання.

Usman Javid є аспірантом у лабораторії Ліна та головним автором статті.

“Це досить неефективно і відбувається за рахунок зниження яскравості та чистоти фотонів”, – говорить Джавід. “Завжди буде компроміс між смугою пропускання та яскравістю згенерованих фотонних пар, і потрібно зробити вибір між цими двома. Ми повністю обійшли цей компроміс за допомогою нашої техніки дисперсійного інжинірингу, щоб отримати обидва: рекордно високу смугу пропускання при рекордно високій яскравості”.

Новий розроблений тонкоплівковий літій-ніобатний нанофотонний пристрій, створений командою, залежить від однієї хвилеводної лінії з електродами на обох сторонах. Хоча масовий пристрій може бути міліметрами товщиною, тонкоплівковий пристрій дуже вражаючий своєю товщиною 600 нанометрів. Це робить його мільйон разів меншим за свою поперечну площу, ніж масовий кристал, що робить розповсюдження світла дуже чутливим до розмірів хвилеводної лінії.

Можуть бути великі зміни, викликані фазою та групovou швидкістю світла, що розповсюджується через пристрій, навіть при зміні кількох нанометрів. Через це пристрій дозволяє контролювати смугу пропускання, в якій процес генерації пар є імпульсно-відповідним.

“Ми можемо розв’язати проблему оптимізації параметрів, щоб знайти геометрію, яка максимізує цю смугу пропускання”, – говорить Джавід.

Розгортання пристрою

Команда має пристрій готовий до розгортання в експериментах у лабораторному середовищі, але якщо його буде використано комерційно, їм потрібно буде розробити більш ефективний і дешевий процес виготовлення.

Виробництво літій-ніобату ще в своїй дитинстві, і фінансовий аспект потрібно покращити.

Команда працювала над дослідженням разом з співавторами Jingwei Ling, Mingxiao Li та Yang He з кафедри електротехніки та комп’ютерних наук. Проект також включав Jeremy Staffa з Інституту оптики.