Ο χειρισμός της συχνότητας και του εύρους ζώνης του μη κλασικού φωτός είναι απαραίτητος για την εφαρμογή κβαντικών πρωτοκόλλων υπολογισμού, επικοινωνίας και δικτύωσης κωδικοποιημένων με συχνότητα/πολυπλεξίας και για τη γεφύρωση φασματική αναντιστοιχία μεταξύ διαφόρων κβαντικά συστήματα. Ωστόσο, ο κβαντικός φασματικός έλεγχος απαιτεί μια ισχυρή μη γραμμικότητα που διαμεσολαβείται από το φως, τα μικροκύματα ή την ακουστική, η οποία είναι δύσκολο να πραγματοποιηθεί με υψηλή απόδοση, χαμηλό θόρυβο και σε ένα ενσωματωμένο τσιπ.
Εφαρμοσμένοι επιστήμονες και μηχανικοί από το John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) του Χάρβαρντ δημιούργησαν πρόσφατα έναν ενσωματωμένο ηλεκτροοπτικό διαμορφωτή που τροποποιεί αποτελεσματικά τη συχνότητα και το εύρος ζώνης ενός φωτόνια. Κβαντικά δίκτυα και πιο εξελιγμένα κβαντική υπολογιστική θα μπορούσε επίσης να επωφεληθεί από τη συσκευή.
Ένα φωτόνιο συνήθως μετατρέπεται από το ένα χρώμα στο άλλο περνώντας το σε κρύσταλλο με ισχυρή δέσμη λέιζερ. Ωστόσο, αυτή η μέθοδος είναι συνήθως αναποτελεσματική και δυνατή. Μια πιο αποτελεσματική τεχνική είναι η διαμόρφωση φάσης, στην οποία η ταλάντωση ενός κύματος φωτονίου επιταχύνεται ή επιβραδύνεται για να αλλάξει η συχνότητα φωτονίου. Ωστόσο, έχει αποδειχθεί δύσκολο να ενσωματωθεί ένας ηλεκτρο-οπτικός διαμορφωτής φάσης σε ένα τσιπ.
Το νιοβικό λίθιο λεπτής μεμβράνης θα μπορούσε να είναι κατάλληλο για τέτοιες εφαρμογές.
Ο Marko Lončar, καθηγητής Ηλεκτρολόγων Μηχανικών Tiantsai Lin στο SEAS και ανώτερος συγγραφέας της μελέτης, είπε, «Στη δουλειά μας, υιοθετήσαμε έναν νέο σχεδιασμό διαμορφωτή σε νιοβικό λίθιο λεπτής μεμβράνης που βελτίωσε σημαντικά την απόδοση της συσκευής. Αυτός ο ενσωματωμένος διαμορφωτής πέτυχε μετατοπίσεις συχνότητας τεραχέρτζ σε μεμονωμένα φωτόνια.
Χρησιμοποιώντας τον ίδιο διαμορφωτή ως φακό χρόνου, η ομάδα άλλαξε το φασματικό σχήμα ενός φωτονίου από παχύ σε αδύνατο.
Ο Ντι Ζου, ο πρώτος συγγραφέας της εφημερίδας, είπε, «Η συσκευή μας είναι πολύ πιο συμπαγής και ενεργειακά αποδοτική από την παραδοσιακή συσκευή χύδην. Μπορεί να ενσωματωθεί με διάφορες κλασικές και κβαντικές συσκευές στο ίδιο τσιπ για να πραγματοποιήσει πιο εξελιγμένο έλεγχο κβαντικού φωτός.»
Οι επιστήμονες θέλουν επίσης να χρησιμοποιήσουν τη συσκευή για τον έλεγχο της συχνότητας και του εύρους ζώνης των κβαντικών εκπομπών για εφαρμογές σε κβαντικά δίκτυα.
Αναφορά στο περιοδικό:
- Zhu, D., Chen, C., Yu, Μ. et αϊ. Φασματικός έλεγχος μη κλασικών παλμών φωτός με χρήση ενσωματωμένου διαμορφωτή νιοβικού λιθίου λεπτής μεμβράνης. Light Sci Appl 11, 327 (2022). DOI: 10.1038/s41377-022-01029-7
