研究人员使用量子纠缠实现“超宽带”

罗切斯特大学的研究人员利用量子纠缠实现了令人难以置信的宽带。他们通过使用薄膜纳米光子设备来实现这一点。

这种新方法可能会导致用于测量和感知实验的灵敏度和分辨率增强，以及在量子网络中用于信息处理和通信的更高维度信息编码。

该研究发表在物理评论快报上。

量子纠缠

量子纠缠发生在两个量子粒子相互连接时，即使它们相距甚远。对一个粒子的观察会影响另一个粒子，表明它们正在相互通信。

当光子参与纠缠时，会有更多的可能性。例如，光子的频率可以被纠缠，带宽可以被控制。

钱强（Qiang Lin）是电气和计算机工程教授。

“这项工作代表了在纳米光子芯片上产生超宽带量子纠缠的重大突破，”林说。“并且它展示了纳米技术在开发未来量子设备用于通信、计算和感知方面的力量。”

光的宽带纠缠

当前的设备通常依赖于将一个大晶体分成小部分来生成宽带光纠缠。每个部分的光学性质略有不同，生成不同的光子对频率。通过将这些频率组合在一起，可以实现更大的带宽。

乌斯曼·贾维德（Usman Javid）是林实验室的博士生和论文的第一作者。

“这相当低效，并且会降低光子的亮度和纯度，”贾维德说。“总会有带宽和生成的光子对之间的权衡，我们已经完全避免了这种权衡，使用了我们的色散工程技术来获得两者：创纪录的带宽和创纪录的亮度。”

由该团队开发的新型薄膜锂硝酸盐纳米光子设备依赖于具有两侧电极的单波导。与块状设备相比，薄膜设备的厚度仅为600纳米，使其在横截面积上比块状晶体小一百万倍。这使得光的传播极为敏感于波导尺寸。

仅仅几纳米的变化就可以对传播通过设备的光的相位和群速度产生重大影响。因此，该设备允许控制在对生成过程中动量匹配的带宽。

“我们可以解决一个参数优化问题来找到最大化带宽的几何形状，”贾维德说。

部署设备

该团队已经准备好在实验室环境中部署该设备，但如果要用于商业用途，他们需要开发出更高效、更便宜的制造工艺。

锂硝酸盐制造技术仍处于初期阶段，经济方面需要改进。

该团队与电气和计算机工程系的共同作者景伟凌、李明晓和何杨一起开展了这项研究。该项目还包括光学研究所的杰里米·斯塔法（Jeremy Staffa）。