Các nhà nghiên cứu sử dụng sự kết nối lượng tử để đạt được “Ultrabroadband”

Các nhà nghiên cứu tại Đại học Rochester đã khai thác sự kết nối lượng tử để đạt được băng thông cực lớn. Họ đã làm điều này bằng cách sử dụng một thiết bị nanophotonic mỏng.

Cách tiếp cận mới này có thể dẫn đến độ nhạy và độ phân giải cao hơn cho các thí nghiệm trong lĩnh vực đo lường và cảm biến, cũng như mã hóa thông tin chiều cao hơn trong các mạng lượng tử cho xử lý và truyền thông tin.

Nghiên cứu này đã được công bố trên Tạp chí Vật lý Letters.

Kết nối lượng tử

Kết nối lượng tử xảy ra khi hai hạt lượng tử được kết nối với nhau, và điều này có thể xảy ra ngay cả khi chúng ở rất xa nhau. Việc quan sát một hạt ảnh hưởng đến hạt kia, thể hiện cách chúng giao tiếp với nhau.

Khi photon tham gia vào quá trình kết nối, có nhiều khả năng hơn. Ví dụ, tần số của photon có thể được kết nối và băng thông có thể được kiểm soát.

Qiang Lin là giáo sư kỹ thuật điện và máy tính.

“Công việc này đại diện cho một bước nhảy vĩ đại trong việc sản xuất kết nối lượng tử siêu băng thông trên một chíp nanophotonic,” Lin nói. “Và nó chứng tỏ sức mạnh của công nghệ nano trong việc phát triển các thiết bị lượng tử tương lai cho truyền thông, tính toán và cảm biến.”

Kết nối ánh sáng băng thông rộng

Các thiết bị hiện tại thường dựa trên việc chia một tinh thể khối thành các phần nhỏ để tạo ra kết nối ánh sáng băng thông rộng. Mỗi phần này slightly khác nhau về tính chất quang học và tạo ra các tần số khác nhau của photon. Bằng cách thêm các tần số này lại với nhau, một băng thông rộng hơn có thể được đạt được.

Usman Javid là một sinh viên tiến sĩ trong phòng thí nghiệm của Lin và là tác giả chính của bài báo.

“Điều này khá không hiệu quả và đi kèm với chi phí giảm độ sáng và độ tinh khiết của photon,” Javid nói. “Luôn luôn có một sự đánh đổi giữa băng thông và độ sáng của photon được tạo ra, và một người phải lựa chọn giữa hai điều. Chúng tôi đã hoàn toàn tránh được sự đánh đổi này với kỹ thuật kỹ thuật phân tán để có được cả hai: băng thông cao nhất tại độ sáng cao nhất.”

Thiết bị nanophotonic mỏng mới được phát triển, được tạo bởi đội ngũ, dựa trên một waveguide đơn với điện cực trên cả hai bên. Trong khi một thiết bị khối có thể có kích thước milimét, thiết bị mỏng này chỉ có 600 nanomet dày. Điều này làm cho nó nhỏ hơn một triệu lần trong diện tích cắt ngang so với một tinh thể khối, khiến sự truyền播 ánh sáng cực kỳ nhạy cảm với kích thước waveguide.

Có thể có những thay đổi lớn đối với pha và tốc độ nhóm của ánh sáng truyền qua thiết bị chỉ với sự thay đổi của một vài nanomet. Vì vậy, thiết bị cho phép kiểm soát băng thông trong đó quá trình tạo cặp photon được khớp động lượng.

“Chúng tôi có thể giải quyết một vấn đề tối ưu hóa tham số để tìm ra hình học tối đa hóa băng thông này,” Javid nói.

Triển khai thiết bị

Đội ngũ đã sẵn sàng để triển khai thiết bị trong các thí nghiệm trong môi trường phòng thí nghiệm, nhưng nếu nó được sử dụng thương mại, họ sẽ cần phải tìm ra một quá trình sản xuất hiệu quả và rẻ hơn.

Quá trình sản xuất lithium niobate vẫn còn trong giai đoạn sơ sinh, và khía cạnh tài chính phải được cải thiện.

Đội ngũ đã làm việc trên nghiên cứu cùng với các đồng tác giả Jingwei Ling, Mingxiao Li và Yang He của Bộ môn Kỹ thuật Điện và Máy tính. Dự án cũng bao gồm Jeremy Staffa của Viện Quang học.