Die Manipulation der Frequenz und Bandbreite von nichtklassischem Licht ist für die Implementierung frequenzcodierter/multiplexierter Quantenberechnungs-, Kommunikations- und Netzwerkprotokolle sowie für die Überbrückung spektraler Diskrepanzen zwischen verschiedenen Protokollen von wesentlicher Bedeutung Quantensysteme. Allerdings erfordert die Quantenspektralkontrolle eine starke Nichtlinearität, die durch Licht, Mikrowelle oder Akustik vermittelt wird, was mit hoher Effizienz, geringem Rauschen und auf einem integrierten Chip nur schwer zu realisieren ist.
Angewandte Wissenschaftler und Ingenieure der John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) in Harvard haben kürzlich einen integrierten elektrooptischen Modulator entwickelt, der die Frequenz und Bandbreite einzelner Signale effektiv verändert Photonen. Quantennetzwerke und anspruchsvollere Quantencomputing könnte auch von dem Gerät profitieren.
Ein Photon wird typischerweise von einer Farbe in eine andere umgewandelt, indem es mit einem starken Laserstrahl in einen Kristall geleitet wird; Diese Methode ist jedoch normalerweise ineffektiv und laut. Eine effektivere Technik ist die Phasenmodulation, bei der die Schwingung einer Photonenwelle beschleunigt oder verlangsamt wird, um die zu verändern Photonenfrequenz. Es hat sich jedoch als schwierig erwiesen, einen elektrooptischen Phasenmodulator auf einem Chip zu integrieren.
Für solche Anwendungen könnte sich Dünnschicht-Lithiumniobat eignen.
Marko Lončar, Tiantsai Lin-Professor für Elektrotechnik am SEAS und leitender Autor der Studie, sagte: „Bei unserer Arbeit haben wir ein neues Modulatordesign auf Dünnschicht-Lithiumniobat übernommen, das die Geräteleistung erheblich verbesserte. Dieser integrierte Modulator erreichte rekordhohe Terahertz-Frequenzverschiebungen einzelner Photonen.“
Mithilfe desselben Modulators wie einer Zeitlinse veränderte das Team die Spektralform eines Photons von „fett“ zu „dünn“.
Di Zhu, der Erstautor der Zeitung, sagte, „Unser Gerät ist viel kompakter und energieeffizienter als herkömmliche Großgeräte. Es kann mit verschiedenen klassischen und Quantengeräten auf demselben Chip integriert werden, um eine anspruchsvollere Quantenlichtsteuerung zu realisieren.“
Darüber hinaus wollen Wissenschaftler mit dem Gerät die Frequenz und Bandbreite von Quantenemittern für Anwendungen in steuern Quantennetzwerke.
Journal Referenz:
- Zhu, D., Chen, C., Yu, M. et al. Spektrale Steuerung nichtklassischer Lichtimpulse mithilfe eines integrierten Dünnschicht-Lithiumniobat-Modulators. Lichtwissenschaftliche Appl 11, 327 (2022). DOI: 10.1038/s41377-022-01029-7
