研究人员利用量子纠缠实现“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测量和传感实验中灵敏度和分辨率的提高，以及在量子网络中信息处理和通信中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

当两个量子粒子相互连接时，会发生量子纠缠，即使它们相距非常远。对一个粒子的观察也会影响另一个粒子，表明它们之间的通信。

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

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，” Lin 说。“并且它展示了纳米技术在开发未来量子设备用于通信、计算和传感方面的力量。”

光的宽带纠缠

当前的设备通常依赖于将大块晶体分成小段，以生成光的宽带纠缠。每个段的光学性质略有不同，并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。

Usman Javid 是 Lin 实验室的博士生和论文的第一作者。

“这相当低效，并且会以牺牲光子对的亮度和纯度为代价，” Javid 说。“总会有带宽和生成的光子对亮度之间的权衡，我们必须在两者之间做出选择。我们已经完全避免了这种权衡，使用我们的色散工程技术来获得记录级的带宽和记录级的亮度。”

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。虽然大块设备可以是毫米级的，但薄膜设备的厚度只有 600 纳米，相比之下，具有极高的精度。这种设备使得波导尺寸的微小变化就可以对传播的光的相位和群速度产生重大影响。

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

“我们可以解决参数优化问题来找到最大化带宽的几何形状，” Javid 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，但如果要商业化使用，他们需要开发出更高效和更便宜的制造工艺。

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 Jingwei Ling、Mingxiao Li 和 Yang He 以及光学研究所的 Jeremy Staffa 一起开展了这项研究。