Исследователи установили рекорд сверхширокополосности по запутанным фотонам

Исследователи из лаборатории Цян Линя из Университета Рочестера с помощью тонкопленочного нанофотонного устройства, показанного здесь, сгенерировали рекордную «сверхширокополосную» полосу пропускания запутанных фотонов. Вверху слева лазерный луч попадает в тонкопленочный волновод из ниобата лития с периодической полярностью (полосатый зеленый и серый). Запутанные фотоны (фиолетовые и красные точки) генерируются с полосой пропускания, превышающей 800 нанометров. Предоставлено: Усман Хави и Майкл Осадцив.

Квантовая запутанность – или то, что Альберт Эйнштейн однажды назвал «жутким действием на расстоянии» – происходит, когда две квантовые частицы соединены друг с другом, даже если они находятся на расстоянии миллионов миль друг от друга. Любое наблюдение одной частицы влияет на другую, как если бы они общались друг с другом. Когда это запутывание включает фотоны, появляются интересные возможности, в том числе запутывание частот фотонов, шириной полосы пропускания которых можно управлять.


Исследователи из Университета Рочестера воспользовались этим явлением для создания невероятно широкой полосы пропускания с помощью тонкопленочного нанофотонного устройства, которое они описывают в Письма с физическими проверками.

Прорыв может привести к:

  • Повышенная чувствительность и разрешение для экспериментов в области метрологии и зондирования, включая спектроскопию, нелинейную микроскопию и квантовую оптическую когерентную томографию.
  • Высокомерное кодирование информации в квантовых сетях для обработка информации и коммуникации

“Эта работа представляет собой большой шаг вперед в создании сверхширокополосной связи. квантовая запутанность на нанофотонном чипе, – говорит Цян Линь, профессор электротехники и компьютерной инженерии. – И он демонстрирует силу нанотехнологий для разработки будущих квантовых устройств для связи, вычислений и датчиков ».

Больше никаких компромиссов между пропускной способностью и яркостью

На сегодняшний день большинство устройств, используемых для генерации широкополосного запутывания света, прибегают к разделению объемного кристалла на небольшие секции, каждая из которых имеет слегка изменяющиеся оптические свойства и каждая генерирует разные частоты пар фотонов. Затем частоты складываются, чтобы получить большую полосу пропускания.

«Это довольно неэффективно и достигается за счет снижения яркости и чистоты фотонов», – говорит ведущий автор Усман Джавид, доктор философии. студент в лаборатории Линя. В этих устройствах «всегда будет существовать компромисс между пропускной способностью и яркостью генерируемых пар фотонов, и нужно делать выбор между ними. Мы полностью обошли этот компромисс с помощью нашей техники дисперсионной инженерии, чтобы получить и то, и другое: рекордно высокая пропускная способность при рекордно высокой яркости ».

Тонкопленочное нанофотонное устройство из ниобата лития, созданное лабораторией Линя, использует один волновод с электродами с обеих сторон. В то время как объемное устройство может иметь миллиметры в поперечнике, тонкопленочное устройство имеет толщину 600 нанометров – более чем в миллион раз меньше по площади поперечного сечения, чем объемный кристалл, согласно Джавиду. Это делает распространение света чрезвычайно чувствительным к размерам волновода.

Действительно, даже изменение на несколько нанометров может вызвать значительные изменения фазы и групповой скорости света, распространяющегося через него. В результате тонкопленочное устройство исследователей позволяет точно контролировать полосу пропускания, в которой процесс генерации пар согласован по импульсу. “Затем мы можем решить задачу оптимизации параметров, чтобы найти геометрию, которая максимизирует этот пропускная способность, – говорит Джавид.

По словам Джавида, устройство готово к экспериментам, но только в лабораторных условиях. Для коммерческого использования необходим более эффективный и экономичный процесс изготовления. И хотя ниобат лития является важным материалом для световых технологий, ниобат лития изготовление «все еще находится в зачаточном состоянии, и потребуется некоторое время, чтобы стать достаточно зрелым, чтобы иметь финансовый смысл», – говорит он.

Среди других соавторов – соавторы Цзинвэй Лин, Минсяо Ли и Ян Хэ из факультета электротехники и вычислительной техники, а также Джереми Стаффа из Института оптики, все они являются аспирантами. Ян Хэ – научный сотрудник.


Квантовая микрогребня на основе микросхем создает путаницу между оптическими полями


Больше информации:
Усман А. Джавид и др., Сверхширокополосные запутанные фотоны на нанофотонном чипе. Письма с физическими проверками (2021 год). DOI: 10.1103 / PhysRevLett.127.183601

Предоставлено
Университет Рочестера

Цитирование: Исследователи установили рекорд сверхширокополосности с запутанными фотонами (2021 г., 28 октября), полученный 28 октября 2021 г. с https://phys.org/news/2021-10-ultrabroadband-entangled-photons.html

Этот документ защищен авторским правом. За исключением честных сделок с целью частного изучения или исследования, воспроизведение какой-либо части без письменного разрешения запрещено. Контент предоставляется только в информационных целях.

Leave a Comment

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.