La manipulation de la fréquence et de la bande passante de la lumière non classique est essentielle pour mettre en œuvre des protocoles de calcul quantique, de communication et de mise en réseau codés en fréquence/multiplexés et pour combler l'inadéquation spectrale entre divers systèmes quantiques. Cependant, le contrôle spectral quantique nécessite une forte non-linéarité médiée par la lumière, les micro-ondes ou l'acoustique, ce qui est difficile à réaliser avec une efficacité élevée, un faible bruit et sur une puce intégrée.
Des scientifiques appliqués et des ingénieurs de la John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) de Harvard ont récemment créé un modulateur électro-optique intégré qui modifie efficacement la fréquence et la bande passante d'un seul photons. Réseaux quantiques et plus sophistiqués l'informatique quantique pourraient également bénéficier de l'appareil.
Un photon est généralement converti d'une couleur à une autre en le faisant passer dans un cristal avec un puissant faisceau laser ; cependant, cette méthode est généralement inefficace et bruyante. Une technique plus efficace est la modulation de phase, dans laquelle l'oscillation d'une onde photonique est accélérée ou ralentie pour changer la fréquence des photons. Cependant, il s'est avéré difficile d'incorporer un modulateur de phase électro-optique sur une puce.
Le niobate de lithium en couche mince pourrait convenir à de telles applications.
Marko Lončar, professeur Tiantsai Lin de génie électrique à SEAS et auteur principal de l'étude, a déclaré : "Dans notre travail, nous avons adopté une nouvelle conception de modulateur sur du niobate de lithium à couche mince qui a considérablement amélioré les performances de l'appareil. Ce modulateur intégré a atteint des décalages de fréquence record en térahertz de photons uniques.
En utilisant le même modulateur comme lentille temporelle, l'équipe a changé la forme spectrale d'un photon de gros à maigre.
Di Zhu, le premier auteur du journal, a affirmé Valérie Plante., "Notre appareil est beaucoup plus compact et économe en énergie que l'appareil en vrac traditionnel. Il peut être intégré à divers dispositifs classiques et quantiques sur la même puce pour réaliser un contrôle de la lumière quantique plus sophistiqué.
Les scientifiques veulent en outre utiliser l'appareil pour contrôler la fréquence et la bande passante des émetteurs quantiques pour des applications dans réseaux quantiques.
Journal de référence:
- Zhu, D., Chen, C., Yu, M. et al. Contrôle spectral des impulsions lumineuses non classiques à l'aide d'un modulateur de niobate de lithium à couche mince intégré. Application sci légère 11, 327 (2022). EST CE QUE JE: 10.1038/s41377-022-01029-7
