Управление частотой и полосой пропускания неклассического света имеет важное значение для реализации частотно-кодированных/мультиплексированных квантовых вычислений, связи и сетевых протоколов, а также устранения спектрального несоответствия между различными квантовые системы. Однако квантовый спектральный контроль требует сильной нелинейности, опосредованной светом, микроволнами или акустикой, что сложно реализовать с высокой эффективностью, низким уровнем шума и на интегрированном чипе.
Ученые-прикладники и инженеры из Гарвардской школы инженерии и прикладных наук имени Джона А. Полсона (SEAS) недавно создали интегрированный электрооптический модулятор, который эффективно изменяет частоту и полосу пропускания одиночного сигнала. фотонов. Квантовые сети и более сложные квантовые вычисления также может извлечь выгоду из устройства.
Фотон обычно преобразуется из одного цвета в другой, пропуская его в кристалл с помощью мощного лазерного луча; однако этот метод обычно неэффективен и громок. Более эффективным методом является фазовая модуляция, при которой колебания фотонной волны ускоряются или замедляются для изменения частота фотона. Тем не менее, оказалось сложным встроить электрооптический фазовый модулятор в микросхему.
Для таких применений может подойти тонкопленочный ниобат лития.
Марко Лончар, профессор электротехники Тяньцай Линь в SEAS и старший автор исследования, сказал: «В своей работе мы приняли новую конструкцию модулятора на тонкопленочном ниобате лития, которая значительно улучшила работу устройства. Этот интегрированный модулятор достиг рекордно высокого терагерцового смещения частоты одиночных фотонов».
Используя тот же модулятор в качестве временной линзы, команда изменила спектральную форму фотона с толстого на тощий.
Ди Чжу, первый автор статьи, — сказал, «Наше устройство намного компактнее и энергоэффективнее, чем традиционное объемное устройство. Его можно интегрировать с различными классическими и квантовыми устройствами на одном чипе, чтобы реализовать более сложное квантовое управление светом».
Ученые также хотят использовать это устройство для управления частотой и полосой пропускания квантовых излучателей для приложений в квантовые сети.
Справочник журнала:
- Zhu, D., Chen, C., Yu, M. et al. Спектральный контроль неклассических световых импульсов с помощью встроенного тонкопленочного модулятора ниобата лития. Легкие научные приложения 11, 327 (2022). ДОИ: 10.1038/s41377-022-01029-7
