Việc điều khiển tần số và băng thông của ánh sáng phi phân loại là điều cần thiết để thực hiện các giao thức tính toán, giao tiếp và kết nối lượng tử được mã hóa/ghép kênh theo tần số cũng như kết nối sự không phù hợp quang phổ giữa các giao thức khác nhau. hệ thống lượng tử. Tuy nhiên, điều khiển quang phổ lượng tử đòi hỏi tính phi tuyến mạnh được trung gian bởi ánh sáng, vi sóng hoặc âm học, điều này khó thực hiện được với hiệu suất cao, độ ồn thấp và trên một chip tích hợp.
Các nhà khoa học và kỹ sư ứng dụng từ Trường Kỹ thuật và Khoa học Ứng dụng John A. Paulson (SEAS) của Harvard gần đây đã tạo ra một bộ điều biến quang điện tích hợp có khả năng điều chỉnh hiệu quả tần số và băng thông của các tín hiệu đơn lẻ. photon. Mạng lượng tử và phức tạp hơn Tính toán lượng tử cũng có thể được hưởng lợi từ thiết bị này.
Một photon thường được chuyển đổi từ màu này sang màu khác bằng cách truyền nó vào một tinh thể có chùm tia laze mạnh; tuy nhiên, phương pháp này thường không hiệu quả và ồn ào. Một kỹ thuật hiệu quả hơn là điều chế pha, trong đó dao động của sóng photon được tăng tốc hoặc giảm tốc độ để thay đổi tần số photon. Tuy nhiên, việc kết hợp bộ điều chế pha quang điện trên chip đã tỏ ra là thách thức.
Lithium niobate màng mỏng có thể phù hợp cho các ứng dụng như vậy.
Marko Lončar, Giáo sư Kỹ thuật Điện Tiantsai Lin tại SEAS và là tác giả chính của nghiên cứu, cho biết: “Trong nghiên cứu của mình, chúng tôi đã áp dụng một thiết kế bộ điều biến mới trên lithium niobate màng mỏng giúp cải thiện đáng kể hiệu suất của thiết bị. Bộ điều biến tích hợp này đã đạt được sự dịch chuyển tần số terahertz cao kỷ lục của các photon đơn lẻ.”
Sử dụng cùng một bộ điều biến như thấu kính thời gian, nhóm nghiên cứu đã thay đổi hình dạng quang phổ của một photon từ béo thành gầy.
Di Zhu, tác giả đầu tiên của bài báo, nói, “Thiết bị của chúng tôi nhỏ gọn hơn và tiết kiệm năng lượng hơn nhiều so với thiết bị số lượng lớn truyền thống. Nó có thể được tích hợp với nhiều thiết bị cổ điển và lượng tử khác nhau trên cùng một con chip để thực hiện việc kiểm soát ánh sáng lượng tử phức tạp hơn.”
Các nhà khoa học còn muốn sử dụng thiết bị này để kiểm soát tần số và băng thông của các bộ phát lượng tử cho các ứng dụng trong mạng lượng tử.
Tạp chí tham khảo:
- Zhu, D., Chen, C., Yu, M. và cộng sự. Kiểm soát quang phổ của các xung ánh sáng phi cổ điển bằng cách sử dụng bộ điều chế lithium niobate màng mỏng tích hợp. Khoa học ánh sáng Appl 11, 327 (năm 2022). DOI: 10.1038/s41377-022-01029-7
