Исследователи установили рекорд сверхширокополосности с запутанными фотонами
Квантовая запутанность – или то, что Альберт Эйнштейн однажды назвал «жутким действием на расстоянии» – происходит, когда две квантовые частицы соединены друг с другом, даже если они находятся на расстоянии миллионов миль друг от друга. Любое наблюдение одной частицы влияет на другую, как если бы они общались друг с другом.
Когда это запутывание включает фотоны, появляются интересные возможности, в том числе запутывание частот фотонов, шириной полосы пропускания которых можно управлять.
Исследователи из лаборатории Цян Линя из Университета Рочестера с помощью тонкопленочного нанофотонного устройства, показанного здесь, сгенерировали рекордную «сверхширокополосную» полосу пропускания запутанных фотонов. Вверху слева лазерный луч попадает в тонкопленочный волновод из ниобата лития с периодической полярностью (полосатый зеленый и серый). Запутанные фотоны (фиолетовые и красные точки) генерируются с полосой пропускания, превышающей 800 нанометров. Предоставлено: Усман Хави и Майкл Осадцив.
Исследователи из Университета Рочестера воспользовались этим явлением для создания невероятно большой полосы пропускания с помощью тонкопленочного нанофотонного устройства, которое они описывают в Письма с обзором hysical.
Прорыв может привести к:
- Повышенная чувствительность и разрешение для экспериментов в области метрологии и зондирования, включая спектроскопию, нелинейную микроскопию и квантовую оптическую когерентную томографию.
- Кодирование информации в более высоких измерениях в квантовых сетях для обработки информации и коммуникации
«Эта работа представляет собой большой шаг вперед в создании сверхширокополосной квантовой запутанности на нанофотонном чипе», – говорит Цян Линь, профессор электротехники и вычислительной техники. «И это демонстрирует силу нанотехнологий для разработки будущих квантовых устройств для связи, вычислений и датчиков»,
Больше никаких компромиссов между пропускной способностью и яркостью
На сегодняшний день большинство устройств, используемых для создания широкополосного запутывания света, прибегают к разделению объемного кристалла на небольшие секции, каждая со слегка изменяющимися оптическими свойствами и каждая из которых генерирует разные частоты пар фотонов. Затем частоты складываются, чтобы получить большую полосу пропускания.
«Это довольно неэффективно и достигается за счет снижения яркости и чистоты фотонов», – говорит ведущий автор Усман Джавид, аспирант в лаборатории Линя. В этих устройствах «всегда будет компромисс между пропускной способностью и яркостью генерируемых пар фотонов, и нужно делать выбор между ними. Мы полностью обошли этот компромисс с помощью нашей техники дисперсионного анализа, чтобы получить и то, и другое: рекордно высокую пропускную способность при рекордно высокой яркости ».
Тонкопленочное нанофотонное устройство из ниобата лития, созданное лабораторией Линя, использует один волновод с электродами с обеих сторон. В то время как объемное устройство может иметь миллиметры в поперечнике, тонкопленочное устройство имеет толщину 600 нанометров – более чем в миллион раз меньше по площади поперечного сечения, чем объемный кристалл, согласно Джавиду. Это делает распространение света чрезвычайно чувствительным к размерам волновода.
Действительно, даже изменение на несколько нанометров может вызвать значительные изменения фазы и групповой скорости света, распространяющегося через него. В результате тонкопленочное устройство исследователей позволяет точно контролировать полосу пропускания, в которой процесс генерации пар согласован по импульсу. «Затем мы можем решить задачу оптимизации параметров, чтобы найти геометрию, которая максимизирует эту полосу пропускания», – говорит Джавид.
По словам Джавида, устройство готово к экспериментам, но только в лабораторных условиях. Для коммерческого использования необходим более эффективный и экономичный процесс изготовления. И хотя ниобат лития является важным материалом для световых технологий, производство ниобата лития «все еще находится в зачаточном состоянии, и потребуется некоторое время, чтобы стать достаточно зрелым, чтобы иметь финансовый смысл», – говорит он.
В нашем Telegram‑канале вы найдёте новости о непознанном, НЛО, мистике, научных открытиях, неизвестных исторических фактах. Подписывайтесь, чтобы ничего не пропустить.
