La manipolazione della frequenza e della larghezza di banda della luce non classica è essenziale per implementare protocolli di calcolo quantistico, comunicazione e rete codificati in frequenza/multiplexati e per colmare il disadattamento spettrale tra i vari sistemi quantistici. Tuttavia, il controllo spettrale quantistico richiede una forte nonlinearità mediata dalla luce, dalle microonde o dall’acustica, che è difficile da realizzare con alta efficienza, basso rumore e su un chip integrato.
Scienziati applicati e ingegneri della John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) di Harvard hanno recentemente creato un modulatore elettro-ottico integrato che modifica efficacemente la frequenza e la larghezza di banda dei singoli segnali. fotoni. Reti quantistiche e più sofisticate calcolo quantistico potrebbe anche trarre vantaggio dal dispositivo.
Un fotone viene tipicamente convertito da un colore all'altro facendolo passare in un cristallo con un potente raggio laser; tuttavia, questo metodo è generalmente inefficace e rumoroso. Una tecnica più efficace è la modulazione di fase, in cui l'oscillazione di un'onda fotonica viene accelerata o rallentata per modificare la frequenza del fotone. Tuttavia, si è rivelato impegnativo incorporare un modulatore di fase elettro-ottico su un chip.
Il niobato di litio a film sottile potrebbe essere adatto per tali applicazioni.
Marko Lončar, professore di ingegneria elettrica presso la SEAS e autore senior dello studio, ha affermato: “Nel nostro lavoro, abbiamo adottato un nuovo design del modulatore sul niobato di litio a film sottile che ha migliorato significativamente le prestazioni del dispositivo. Questo modulatore integrato ha raggiunto spostamenti di frequenza terahertz record di singoli fotoni”.
Usando lo stesso modulatore come lente temporale, il team ha cambiato la forma spettrale di un fotone da grasso a magro.
Di Zhu, il primo autore dell'articolo, disse, “Il nostro dispositivo è molto più compatto ed efficiente dal punto di vista energetico rispetto ai tradizionali dispositivi sfusi. Può essere integrato con vari dispositivi classici e quantistici sullo stesso chip per realizzare un controllo della luce quantistica più sofisticato”.
Gli scienziati vogliono inoltre utilizzare il dispositivo per controllare la frequenza e la larghezza di banda degli emettitori quantistici per applicazioni in reti quantistiche.
Riferimento della Gazzetta:
- Zhu, D., Chen, C., Yu, M. et al. Controllo spettrale degli impulsi luminosi non classici utilizzando un modulatore integrato di niobato di litio a film sottile. Applicazione di scienza leggera 11, 327 (2022). DOI: 10.1038/s41377-022-01029-7
