Att manipulera frekvensen och bandbredden för icke-klassiskt ljus är väsentligt för att implementera frekvenskodade/multiplexerade kvantberäknings-, kommunikations- och nätverksprotokoll och överbrygga spektral missanpassning mellan olika kvantsystem. Kvantspektralkontroll kräver dock en stark olinjäritet medierad av ljus, mikrovågsugn eller akustik, vilket är utmanande att realisera med hög effektivitet, lågt brus och på ett integrerat chip.
Tillämpade vetenskapsmän och ingenjörer från Harvards John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) skapade nyligen en integrerad elektrooptisk modulator som effektivt modifierar frekvensen och bandbredden för singel fotoner. Kvantnätverk och mer sofistikerade kvantkalkylering kan också dra nytta av enheten.
En foton omvandlas vanligtvis från en färg till en annan genom att den överförs till en kristall med en kraftfull laserstråle; denna metod är dock vanligtvis ineffektiv och högljudd. En mer effektiv teknik är fasmodulering, där oscillationen av en fotonvåg påskyndas eller saktas ner för att ändra fotons frekvens. Det har dock visat sig vara utmanande att införliva en elektrooptisk fasmodulator på ett chip.
Tunnfilmslitiumniobat skulle kunna vara lämpligt för sådana tillämpningar.
Marko Lončar, Tiantsai Lin professor i elektroteknik vid SEAS och senior författare till studien, sa: "I vårt arbete antog vi en ny modulatordesign på tunnfilmslitiumniobat som avsevärt förbättrade enhetens prestanda. Denna integrerade modulator uppnådde rekordhöga terahertz-frekvensförskjutningar av enstaka fotoner."
Med samma modulator som en tidslins ändrade teamet den spektrala formen på en foton från fet till mager.
Di Zhu, tidningens första författare, sade, "Vår enhet är mycket mer kompakt och energieffektiv än traditionella bulkenheter. Den kan integreras med olika klassiska och kvantenheter på samma chip för att realisera mer sofistikerad kvantljuskontroll.”
Forskare vill vidare använda enheten för att styra frekvensen och bandbredden för kvantemitter för tillämpningar i kvantnätverk.
Tidskriftsreferens:
- Zhu, D., Chen, C., Yu, M. et al. Spektralkontroll av icke-klassiska ljuspulser med hjälp av en integrerad tunnfilmslitiumniobatmodulator. Light Sci Appl 11, 327 (2022). DOI: 10.1038/s41377-022-01029-7
