Manipular a frequência e a largura de banda da luz não clássica é essencial para implementar protocolos de computação quântica, comunicação e rede codificados/multiplexados em frequência e colmatar a incompatibilidade espectral entre vários sistemas quânticos. No entanto, o controle espectral quântico requer uma forte não-linearidade mediada por luz, micro-ondas ou acústica, o que é difícil de realizar com alta eficiência, baixo ruído e em um chip integrado.
Cientistas e engenheiros aplicados da Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas (SEAS) John A. Paulson de Harvard criaram recentemente um modulador eletro-óptico integrado que modifica efetivamente a frequência e a largura de banda de um único fótons. Redes quânticas e mais sofisticadas Computação quântica também poderia se beneficiar do dispositivo.
Um fóton é normalmente convertido de uma cor para outra, passando-o por um cristal com um poderoso feixe de laser; no entanto, esse método é normalmente ineficaz e barulhento. Uma técnica mais eficaz é a modulação de fase, na qual a oscilação de uma onda de fóton é acelerada ou desacelerada para alterar a frequência. frequência do fóton. No entanto, tem se mostrado um desafio incorporar um modulador de fase eletro-óptico em um chip.
O niobato de lítio de película fina pode ser adequado para tais aplicações.
Marko Lončar, professor de engenharia elétrica da Tiantsai Lin no SEAS e autor sênior do estudo, disse: “Em nosso trabalho, adotamos um novo design de modulador em niobato de lítio de película fina que melhorou significativamente o desempenho do dispositivo. Este modulador integrado alcançou mudanças de frequência terahertz recordes de fótons únicos.”
Usando o mesmo modulador como lente temporal, a equipe mudou a forma espectral de um fóton de gordo para fino.
Di Zhu, o primeiro autor do artigo, dito, “Nosso dispositivo é muito mais compacto e eficiente em termos energéticos do que o dispositivo tradicional em massa. Ele pode ser integrado com vários dispositivos clássicos e quânticos no mesmo chip para realizar um controle de luz quântica mais sofisticado.”
Os cientistas querem ainda usar o dispositivo para controlar a frequência e a largura de banda dos emissores quânticos para aplicações em redes quânticas.
Jornal de referência:
- Zhu, D., Chen, C., Yu, M. et al. Controle espectral de pulsos de luz não clássicos usando um modulador integrado de niobato de lítio de película fina. Aplicativo Light Sci 11 (327). DOI: 10.1038/s41377-022-01029-7
