Uusi optinen siruvahvistin ja kubittien luenta

Stanfordin yliopistossa kehitetty energiatehokas optinen vahvistinsiru voisi parantaa valokuituverkkoja ja vauhdittaa uusien teknologioiden kehittymistä biosensoreissa, tietoliikenteessä ja muissa sovelluksissa.

Nykyiset pienikokoiset optiset vahvistimet tarvitsevat paljon käyttötehoa toimiakseen. Työssä esitelty uusi optinen vahvistin ratkaisee tämän ongelman käyttämällä resonanssimenetelmää, jota laserit jo käyttävät "energiankierrätystemppuna",.

”Olemme ensimmäistä kertaa osoittaneet todella monipuolisen ja pienen tehonkäytön optisen vahvistimen, joka pystyy toimimaan koko optisella spektrillä ja on riittävän tehokas, jotta se voidaan integroida sirulle”, sanoo tutkimuksen vanhempi kirjoittaja Amir Safavi-Naeini Stanfordin humanististen ja tieteiden tiedekunnasta. ”Tämä tarkoittaa, että voimme nyt rakentaa paljon monimutkaisempia optisia järjestelmiä kuin ennen oli mahdollista.”

Kehitetty piiritekniikka saavuttaa noin satakertaisen vahvistuksen valon intensiteetille käyttötehon ollessa vain murto-osa siitä, mitä tyypillisesti tarvitaan olemassa oleville samankokoisille optisille vahvistimille.

Yleisesti optiset parametriset vahvistimet (OPA) lupaavat laajakaistaista, kvanttirajoitettua vahvistusta mielivaltaisilla aallonpituuksilla. Niiden pienentämistä ja käyttöönottoa ovat kuitenkin haitanneet wattitason tehokäyttö.

Nyt tutkijat kehittivät integroidun optisen parametrisen vahvistimen (OPA) ohutkalvolitiumniobaatille, joka saavuttaa >17 dB:n vahvistuksen alle 200 mW:n syöttöteholla – suuruusluokan parannus aiempiin demonstraatioihin verrattuna.

Toinen Stanfordin fyysikkojen johtama ryhmä on kehittänyt uudentyyppisen kokeellisen "optisen ontelokaviteetin", joka pystyy tehokkaasti keräämään yksittäisiä fotoneja yksittäisistä atomeista.

Nämä atomit toimivat kvanttitietokoneen rakenneosina tallentamalla "kubitteja". Ja nyt tämä työ mahdollistaa kaikkien kubittien prosessoinnin samanaikaisesti ensimmäistä kertaa.

”Jos haluamme tehdä kvanttitietokoneen, meidän on kyettävä lukemaan tietoa kvanttibiteistä hyvin nopeasti”, sanoo Jon Simon, tutkimuksen vanhempi kirjoittaja. ”Tähän asti ei ole ollut käytännöllistä tapaa tehdä sitä mittakaavassa, koska atomit eivät yksinkertaisesti emittoi valoa riittävän nopeasti, ja kaiken lisäksi ne syöksevät sitä kaikkiin suuntiin.

Optinen ontelo voi tehokkaasti ohjata emittoitua valoa tiettyyn suuntaan, ja nyt olemme löytäneet tavan varustaa jokainen kvanttitietokoneen atomi omassa ontelossaan.”

Peileillä toimivan optisen ontelon sijaan tutkimusryhmä valitsi uudenlaisen lähestymistavan ja käytti kunkin ontelon sisällä mikrolinssejä kohdistaakseen valon tarkemmin yhteen atomiin. Tämä luo vähemmän valon heijastusta, mutta on silti tehokkaampi tapa saada luettua kvantti-informaatio yksittäisestä atomista.

Aiheista aiemmin:

Uudenlainen optinen vahvistin

Yksittäisiä fotoneja yksi kerrallaan