Manipulering av frekvensen og båndbredden til ikke-klassisk lys er avgjørende for å implementere frekvenskodet/multiplekset kvanteberegnings-, kommunikasjons- og nettverksprotokoller og bygge bro over spektral misforhold mellom ulike kvantesystemer. Imidlertid krever kvantespektralkontroll en sterk ikke-linearitet mediert av lys, mikrobølger eller akustikk, noe som er utfordrende å realisere med høy effektivitet, lav støy og på en integrert brikke.
Anvendte forskere og ingeniører fra Harvards John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) opprettet nylig en integrert elektrooptisk modulator som effektivt modifiserer frekvensen og båndbredden til enkelt fotoner. Kvantenettverk og mer sofistikert kvanteberegning kan også ha nytte av enheten.
Et foton konverteres vanligvis fra en farge til en annen ved å sende den inn i en krystall med en kraftig laserstråle; denne metoden er imidlertid vanligvis ineffektiv og høylytt. En mer effektiv teknikk er fasemodulasjon, der oscillasjonen av en fotonbølge økes eller bremses for å endre fotons frekvens. Imidlertid har det vist seg utfordrende å inkorporere en elektro-optisk fasemodulator på en brikke.
Tynnfilm litiumniobat kan være egnet for slike bruksområder.
Marko Lončar, Tiantsai Lin-professor i elektroteknikk ved SEAS og seniorforfatter av studien, sa: "I arbeidet vårt tok vi i bruk en ny modulatordesign på tynnfilm litiumniobat som forbedret enhetens ytelse betydelig. Denne integrerte modulatoren oppnådde rekordhøye terahertz-frekvensskift av enkeltfotoner."
Ved å bruke den samme modulatoren som en tidslinse, endret teamet spektralformen til et foton fra fett til mager.
Di Zhu, avisens første forfatter, sa, "Enheten vår er mye mer kompakt og energieffektiv enn tradisjonell bulkenhet. Den kan integreres med forskjellige klassiske og kvanteenheter på samme brikke for å realisere mer sofistikert kvantelyskontroll."
Forskere ønsker videre å bruke enheten til å kontrollere frekvensen og båndbredden til kvanteemittere for applikasjoner i kvantenettverk.
Tidsreferanse:
- Zhu, D., Chen, C., Yu, M. et al. Spektralkontroll av ikke-klassiske lyspulser ved hjelp av en integrert tynnfilm litiumniobatmodulator. Light Sci Appl 11, 327 (2022). GJØR JEG: 10.1038/s41377-022-01029-7
