Manipulering af frekvensen og båndbredden af ikke-klassisk lys er afgørende for at implementere frekvenskodet/multiplekseret kvanteberegning, kommunikation og netværksprotokoller og bygge bro mellem spektral mismatch mellem forskellige kvantesystemer. Kvantespektralstyring kræver dog en stærk ikke-linearitet medieret af lys, mikrobølger eller akustik, hvilket er udfordrende at realisere med høj effektivitet, lav støj og på en integreret chip.
Anvendte videnskabsmænd og ingeniører fra Harvards John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) har for nylig skabt en integreret elektro-optisk modulator, der effektivt modificerer frekvensen og båndbredden af enkelt fotoner. Kvantenetværk og mere sofistikerede quantum computing kunne også drage fordel af enheden.
En foton konverteres typisk fra en farve til en anden ved at føre den ind i en krystal med en kraftig laserstråle; denne metode er dog typisk ineffektiv og højlydt. En mere effektiv teknik er fasemodulation, hvor oscillationen af en fotonbølge fremskyndes eller bremses for at ændre fotons frekvens. Det har dog vist sig udfordrende at inkorporere en elektro-optisk fasemodulator på en chip.
Tyndfilmslithiumniobat kunne være egnet til sådanne anvendelser.
Marko Lončar, Tiantsai Lin-professor i elektroteknik ved SEAS og seniorforfatter af undersøgelsen, sagde: "I vores arbejde har vi vedtaget et nyt modulatordesign på tyndfilmslithiumniobat, der væsentligt forbedrede enhedens ydeevne. Denne integrerede modulator opnåede rekordhøje terahertz-frekvensforskydninger af enkelte fotoner."
Ved at bruge den samme modulator som en tidslinse ændrede holdet den spektrale form af en foton fra fed til tynd.
Di Zhu, avisens første forfatter, sagde, "Vores enhed er meget mere kompakt og energieffektiv end traditionel bulk-enhed. Den kan integreres med forskellige klassiske og kvanteenheder på den samme chip for at realisere mere sofistikeret kvantelysstyring."
Forskere ønsker yderligere at bruge enheden til at kontrollere frekvensen og båndbredden af kvanteemittere til applikationer i kvantenetværk.
Journal Reference:
- Zhu, D., Chen, C., Yu, M. et al. Spektral styring af ikke-klassiske lysimpulser ved hjælp af en integreret tyndfilm lithiumniobatmodulator. Light Sci Appl 11, 327 (2022). DOI: 10.1038/s41377-022-01029-7
