Manipulowanie częstotliwością i szerokością pasma światła nieklasycznego jest niezbędne do wdrażania zakodowanych częstotliwościowo/multipleksowanych protokołów obliczeń kwantowych, komunikacji i protokołów sieciowych oraz łagodzenia niedopasowań widmowych między różnymi systemy kwantowe. Jednak kwantowa kontrola widmowa wymaga silnej nieliniowości, w której pośredniczy światło, mikrofale lub akustyka, co jest trudne do zrealizowania przy wysokiej wydajności, niskim poziomie hałasu i na zintegrowanym chipie.
Naukowcy zajmujący się badaniami stosowanymi i inżynierowie z Harvard School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) opracowali niedawno zintegrowany modulator elektrooptyczny, który skutecznie modyfikuje częstotliwość i szerokość pasma pojedynczego fotony. Sieci kwantowe i bardziej wyrafinowane informatyka kwantowa również może skorzystać z urządzenia.
Foton jest zazwyczaj przekształcany z jednego koloru na inny poprzez przeniesienie go do kryształu za pomocą silnej wiązki lasera; jednak ta metoda jest zazwyczaj nieskuteczna i głośna. Bardziej skuteczną techniką jest modulacja fazowa, podczas której oscylacja fali fotonowej jest przyspieszana lub spowalniana w celu zmiany częstotliwość fotonu. Jednakże włączenie elektrooptycznego modulatora fazy do chipa okazało się trudne.
Do takich zastosowań odpowiedni mógłby być cienkowarstwowy nioban litu.
Marko Lončar, profesor inżynierii elektrycznej w Tiantsai Lin w SEAS i główny autor badania, powiedział: „W naszej pracy zastosowaliśmy nową konstrukcję modulatora na cienkowarstwowym niobianie litu, który znacząco poprawił wydajność urządzenia. Ten zintegrowany modulator osiągnął rekordowo wysokie przesunięcia częstotliwości terahercowej pojedynczych fotonów.”
Wykorzystując ten sam modulator co soczewkę czasu, zespół zmienił kształt widmowy fotonu z grubego na chudy.
Di Zhu, pierwszy autor artykułu, powiedziany, „Nasze urządzenie jest znacznie bardziej kompaktowe i energooszczędne niż tradycyjne urządzenia masowe. Można go zintegrować z różnymi urządzeniami klasycznymi i kwantowymi w tym samym chipie, aby uzyskać bardziej wyrafinowaną kontrolę światła kwantowego.
Naukowcy chcą ponadto wykorzystać to urządzenie do kontrolowania częstotliwości i szerokości pasma emiterów kwantowych do zastosowań w sieci kwantowe.
Referencje czasopisma:
- Zhu, D., Chen, C., Yu, M. i in. Kontrola widmowa nieklasycznych impulsów świetlnych za pomocą zintegrowanego cienkowarstwowego modulatora niobianu litu. Lekka aplikacja Sci 11 327 (2022). DOI: 10.1038/s41377-022-01029-7
