Квантова заплутаність - або те, що Альберт Ейнштейн одного разу назвав «страшною дією на відстані» - відбувається, коли дві квантові частинки з'єднані один з одним, навіть якщо вони знаходяться на відстані мільйонів кілометрів один від одного. Будь - яке спостереження однієї частинки впливає на іншу, як якби вони спілкувалися один з одним. Коли це заплутування включає фотони, з'являються цікаві можливості, в тому числі заплутування частот фотонів, шириною смуги пропускання яких можна керувати.
Дослідники з Університету Рочестера скористалися цим явищем для створення неймовірно великої смуги пропускання за допомогою тонкоплівкового нанофотонного пристрою, який вони описують в Physical Review Letters.
Науковий прорив може призвести до:
- Підвищена чутливість і роздільна здатність для експериментів в області метрології і зондування, включаючи спектроскопію, нелінійну мікроскопію і квантову оптичну когерентну томографію.
- Високорівневе кодування інформації в квантових мережах для обробки інформації та комунікації.
«Ця робота являє собою великий крок вперед у створенні понад-широкосмугової квантової заплутаності на нанофотонному чіпі», - говорить професор Цян Лінь. «І це демонструє силу нанотехнологій для розробки майбутніх квантових пристроїв для зв'язку, обчислень і датчиків»,
На сьогоднішній день більшість пристроїв, що використовуються для створення широкосмугового заплутування світла, вдаються до поділу об'ємного кристала на невеликі секції, кожна з злегка змінюваними оптичними властивостями і кожна з яких генерує різні частоти пар фотонів. Потім частоти складаються, щоб отримати велику смугу пропускання.
«Це досить неефективно і досягається за рахунок зниження яскравості і чистоти фотонів», - говорить провідний автор роботи Усман Джавід. «У цих пристроях» завжди буде існувати компроміс між смугою пропускання і яскравістю генерованих пар фотонів, і потрібно робити вибір між ними двома. Ми повністю обійшли цей компроміс за допомогою нашої техніки дисперсійної інженерії, щоб отримати і те, і інше: рекордно висока пропускна здатність при рекордно високій яскравості ".
Тонкоплівковий нанофотонний пристрій з ніобату літію, створений лабораторією Цян Ліня, використовує один хвилевод з електродами з обох сторін. У той час як об'ємний пристрій може мати міліметри в поперечнику, тонкоплівковий пристрій має товщину 600 нанометрів, що більш ніж у мільйон разів менше за площею поперечного перерізу, ніж об'ємний кристал. Це робить поширення світла надзвичайно чутливим до розмірів хвилевода.
Дійсно, навіть зміна на кілька нанометрів може викликати значні зміни фази і групової швидкості світла, що поширюється через нього. В результаті тонкоплівковий пристрій дослідників дозволяє точно контролювати смугу пропускання, в якій процес генерації пар узгоджений по імпульсу. «Потім ми можемо вирішити завдання оптимізації параметрів, щоб знайти геометрію, яка максимізує цю смугу пропускання».
За словами вчених, пристрій готовий до експериментів, але тільки в лабораторних умовах. Для комерційного використання необхідний більш ефективний і економічний процес виготовлення. І хоча ніобат літію є важливим матеріалом для світлових технологій, виробництво ніобату літію «все ще знаходиться в зародковому стані, і потрібно деякий час», - кажуть дослідники.
Дослідження було опубліковано в Physical Review Letters.