Manipulacija frekvence in pasovne širine neklasične svetlobe je bistvenega pomena za izvajanje frekvenčno kodiranega/multipleksiranega kvantnega računanja, komunikacije in omrežnih protokolov ter premoščanje spektralnega neskladja med različnimi kvantni sistemi. Vendar pa kvantni spektralni nadzor zahteva močno nelinearnost, posredovano s svetlobo, mikrovalovi ali akustiko, kar je težko uresničiti z visoko učinkovitostjo, nizkim šumom in na integriranem čipu.
Uporabni znanstveniki in inženirji s harvardske šole za inženiring in uporabne znanosti John A. Paulson (SEAS) so nedavno ustvarili integriran elektrooptični modulator, ki učinkovito spreminja frekvenco in pasovno širino fotoni. Kvantna omrežja in bolj sofisticirana kvantno računalništvo prav tako lahko koristi od naprave.
Foton se običajno pretvori iz ene barve v drugo tako, da ga prenese v kristal z močnim laserskim žarkom; vendar je ta metoda običajno neučinkovita in glasna. Učinkovitejša tehnika je fazna modulacija, pri kateri se nihanje fotonskega vala pospeši ali upočasni, da se spremeni frekvenca fotona. Vendar se je izkazalo, da je v čip vgraditi elektrooptični fazni modulator kot izziv.
Tankoplastni litijev niobat bi lahko bil primeren za takšne aplikacije.
Marko Lončar, profesor elektrotehnike Tiantsai Lin na SEAS in višji avtor študije, je dejal, »Pri našem delu smo sprejeli novo zasnovo modulatorja na tankem sloju litijevega niobata, ki je znatno izboljšal delovanje naprave. Ta integrirani modulator je dosegel rekordno visoke teraherčne frekvenčne premike posameznih fotonov.«
Z uporabo istega modulatorja kot časovne leče je ekipa spremenila spektralno obliko fotona iz debele v suho.
Di Zhu, prvi avtor časopisa, je dejal, »Naša naprava je veliko bolj kompaktna in energijsko učinkovita od tradicionalne masovne naprave. Lahko se integrira z različnimi klasičnimi in kvantnimi napravami na istem čipu, da se realizira bolj sofisticiran kvantni nadzor svetlobe.
Znanstveniki nadalje želijo uporabiti napravo za nadzor frekvence in pasovne širine kvantnih oddajnikov za aplikacije v kvantna omrežja.
Referenca dnevnika:
- Zhu, D., Chen, C., Yu, M. et al. Spektralna kontrola neklasičnih svetlobnih impulzov z uporabo integriranega tankoslojnega modulatorja litijevega niobata. Light Sci Appl 11, 327 (2022). DOI: 10.1038/s41377-022-01029-7
