Het manipuleren van de frequentie en bandbreedte van niet-klassiek licht is essentieel voor het implementeren van frequentie-gecodeerde/multiplex kwantumberekenings-, communicatie- en netwerkprotocollen en het overbruggen van spectrale mismatch tussen verschillende soorten licht. kwantumsystemen. Kwantumspectrale controle vereist echter een sterke niet-lineariteit, gemedieerd door licht, microgolven of akoestiek, wat een uitdaging is om te realiseren met hoge efficiëntie, weinig ruis en op een geïntegreerde chip.
Toegepaste wetenschappers en ingenieurs van de John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) van Harvard hebben onlangs een geïntegreerde elektro-optische modulator ontwikkeld die effectief de frequentie en bandbreedte van afzonderlijke fotonen. Kwantumnetwerken en geavanceerder quantum computing kunnen ook profiteren van het apparaat.
Een foton wordt doorgaans van de ene kleur in de andere omgezet door het met een krachtige laserstraal in een kristal te sturen; Deze methode is echter doorgaans ineffectief en luidruchtig. Een effectievere techniek is fasemodulatie, waarbij de oscillatie van een fotongolf wordt versneld of vertraagd om de de frequentie van fotonen. Het is echter een uitdaging gebleken om een elektro-optische fasemodulator op een chip te integreren.
Dunnefilmlithiumniobaat zou voor dergelijke toepassingen geschikt kunnen zijn.
Marko Lončar, de Tiantsai Lin hoogleraar elektrotechniek bij SEAS en senior auteur van de studie, zei: “In ons werk hebben we een nieuw modulatorontwerp op dunne-film lithiumniobaat aangenomen dat de prestaties van het apparaat aanzienlijk verbeterde. Deze geïntegreerde modulator bereikte recordhoge terahertz-frequentieverschuivingen van afzonderlijke fotonen.”
Met behulp van dezelfde modulator als een tijdlens veranderde het team de spectrale vorm van een foton van dik in mager.
Di Zhu, de eerste auteur van het artikel, zei, “Ons apparaat is veel compacter en energiezuiniger dan traditionele bulkapparaten. Het kan worden geïntegreerd met verschillende klassieke en kwantumapparaten op dezelfde chip om een meer geavanceerde kwantumlichtregeling te realiseren.”
Wetenschappers willen het apparaat verder gebruiken om de frequentie en bandbreedte van kwantumzenders te controleren voor toepassingen in de wereld kwantumnetwerken.
Journal Reference:
- Zhu, D., Chen, C., Yu, M. et al. Spectrale controle van niet-klassieke lichtpulsen met behulp van een geïntegreerde dunne-film lithiumniobaatmodulator. Light Sci-app 11 (327). DOI: 10.1038/s41377-022-01029-7
