Kvanttivalon värin muuttaminen sirulla

Optiset fotonit ovat ihanteellisia kvantti-informaation kantajia. Mutta toimiakseen kvanttitietokoneessa tai -verkossa niillä on oltava sama taajuus ja kaistanleveys.

Fotonin taajuuden muuttaminen vaatii sen energian muuttamista, mikä on erityisen haastavaa integroiduilla fotonisiruilla.

Äskettäin Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) -tutkijat kehittivät integroidun sähköoptisen modulaattorin, joka voi tehokkaasti muuttaa yksittäisten fotonien taajuutta ja kaistanleveyttä.

Vaihemodulaatio, jossa fotoniaallon värähtelyä kiihdytetään tai hidastetaan fotonin taajuuden muuttamiseksi, tarjoaa tehokkaamman menetelmän, mutta tällaiseen prosessiin tarvittava laite, sähköoptinen vaihemodulaattori, on osoittautunut vaikeaksi integroida sirulle.

Yksi materiaali joka voi sopia ainutlaatuisesti sellaiseen käyttötarkoitukseen, on ohutkalvoinen litiumniobaatti.

"Otimme työssämme käyttöön uuden modulaattorisuunnittelun ohutkalvoiseen litiumniobaattiin, mikä paransi merkittävästi laitteen suorituskykyä", sanoi Marko Lončar, SEASin sähkötekniikan professori Tantsai Lin ja tutkimuksen vanhempi kirjoittaja.

"Tällä integroidulla modulaattorilla saavutimme yksittäisten fotonien ennätyskorkeat terahertsin taajuussiirrot."

Tiimi käytti samaa modulaattoria myös "aikalinssinä" - suurennuslasia, joka taivuttaa valoa ajassa tilan sijaan - muuttaakseen fotonin spektrimuodon rasvaisesta laihaksi.

"Laitteemme on paljon kompaktimpi ja energiatehokkaampi kuin perinteiset bulkkilaitteet", sanoi Di Zhu, paperin ensimmäinen kirjoittaja. "Se voidaan integroida useisiin klassisiin ja kvanttilaitteisiin samassa sirussa, jotta kvanttivalon ohjaus voidaan toteuttaa entistä kehittyneempänä."

Seuraavaksi tiimi pyrkii ohjaamaan laitetta kvanttilähettimien taajuudella ja kaistanleveydellä kvanttiverkkojen sovelluksissa.

Aiheesta aiemmin:

Lomittuvatko solitonit?

Kvanttivaloa ja kvanttipisteitä

Valolla kohti huonelämpöistä kvanttitietokonetta