Маніпулювання частотою та смугою пропускання некласичного світла має важливе значення для реалізації частотно-кодованих/мультиплексованих квантових обчислень, зв’язку та мережевих протоколів і подолання спектральної невідповідності між різними квантові системи. Однак квантовий спектральний контроль вимагає сильної нелінійності, опосередкованої світлом, мікрохвилями чи акустикою, що складно реалізувати з високою ефективністю, низьким рівнем шуму та на інтегрованому чіпі.
Вчені-прикладники та інженери з Гарвардської школи інженерії та прикладних наук імені Джона А. Полсона (SEAS) нещодавно створили інтегрований електрооптичний модулятор, який ефективно змінює частоту та смугу пропускання одного фотонів. Квантові мережі та більш складні квантові обчислення також може отримати користь від пристрою.
Фотон зазвичай перетворюється з одного кольору в інший, пропускаючи його в кристал за допомогою потужного лазерного променя; однак цей метод зазвичай неефективний і гучний. Більш ефективним методом є фазова модуляція, за якої коливання хвилі фотона прискорюється або сповільнюється, щоб змінити частота фотона. Проте виявилося складним завданням включити електрооптичний модулятор фази в мікросхему.
Тонкоплівковий ніобат літію може бути придатним для таких застосувань.
Марко Лончар, професор електротехніки Tiantsai Lin в SEAS і старший автор дослідження, сказав: «У нашій роботі ми застосували нову конструкцію модулятора на тонкоплівковому ніобаті літію, який значно покращив продуктивність пристрою. Цей інтегрований модулятор досяг рекордно високих терагерцових частотних зсувів окремих фотонів».
Використовуючи той самий модулятор як часову лінзу, команда змінила спектральну форму фотона з жирної на худу.
Ді Чжу, перший автор статті, сказав, «Наш пристрій набагато компактніший і енергоефективний, ніж традиційний масовий пристрій. Його можна інтегрувати з різними класичними та квантовими пристроями на одному чіпі, щоб реалізувати більш складне квантове керування світлом».
Крім того, вчені хочуть використовувати пристрій для керування частотою та смугою пропускання квантових випромінювачів для додатків у квантові мережі.
Довідка з журналу:
- Zhu, D., Chen, C., Yu, M. та ін. Спектральний контроль некласичних світлових імпульсів за допомогою інтегрованого тонкоплівкового модулятора ніобату літію. Light Sci Appl 11, 327 (2022). DOI: 10.1038/s41377-022-01029-7
