La manipulación de la frecuencia y el ancho de banda de la luz no clásica es esencial para implementar protocolos de red, comunicación y computación cuántica codificada en frecuencia/multiplexada y salvar el desajuste espectral entre varios sistemas cuánticos. Sin embargo, el control espectral cuántico requiere una fuerte no linealidad mediada por luz, microondas o acústica, lo cual es difícil de realizar con alta eficiencia, bajo ruido y en un chip integrado.
Científicos e ingenieros aplicados de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas John A. Paulson de Harvard (SEAS) crearon recientemente un modulador electroóptico integrado que modifica de manera efectiva la frecuencia y el ancho de banda de fotones. Redes cuánticas y más sofisticadas computación cuántica también podría beneficiarse del dispositivo.
Un fotón normalmente se convierte de un color a otro pasándolo a un cristal con un potente rayo láser; sin embargo, este método suele ser ineficaz y ruidoso. Una técnica más eficaz es la modulación de fase, en la que la oscilación de una onda de fotones se acelera o se ralentiza para cambiar la frecuencia del fotón. Sin embargo, ha resultado ser un desafío incorporar un modulador de fase electroóptico en un chip.
El niobato de litio de película delgada podría ser adecuado para tales aplicaciones.
Marko Lončar, profesor Tiantsai Lin de ingeniería eléctrica en SEAS y autor principal del estudio, dijo: “En nuestro trabajo, adoptamos un nuevo diseño de modulador en niobato de litio de película delgada que mejoró significativamente el rendimiento del dispositivo. Este modulador integrado logró cambios de frecuencia de terahercios récord de fotones individuales”.
Usando el mismo modulador como lente de tiempo, el equipo cambió la forma espectral de un fotón de gordo a flaco.
Di Zhu, el primer autor del artículo, dijo, “Nuestro dispositivo es mucho más compacto y ahorra energía que el dispositivo a granel tradicional. Se puede integrar con varios dispositivos clásicos y cuánticos en el mismo chip para realizar un control de luz cuántico más sofisticado”.
Los científicos también quieren usar el dispositivo para controlar la frecuencia y el ancho de banda de los emisores cuánticos para aplicaciones en redes cuánticas.
Referencia de la revista:
- Zhu, D., Chen, C., Yu, M. et al. Control espectral de pulsos de luz no clásicos utilizando un modulador de niobato de litio de película delgada integrado. Aplicación de ciencia ligera 11, 327 (2022). DOI: 10.1038/s41377-022-01029-7
