Устройство может улучшить квантовые вычисления и квантовые сети

Недавно исследователи из Гарвардской школы инженерии и прикладных наук имени Джона А. Полсона (SEAS) разработали интегрированный фотоэлектрический модулятор, который может эффективно изменять частоту и полосу пропускания одиночных фотонов. Устройство может быть использовано для более продвинутых квантовых вычислений и квантовых сетей.

Исследование опубликовано в Свет: наука и приложения.

Преобразование фотона из одного цвета в другой обычно осуществляется путем отправки фотона в кристалл, сквозь который светит мощный лазер, — процесс, который имеет тенденцию быть неэффективным и шумным. Фазовая модуляция, при которой колебания волны фотона ускоряются или замедляются для изменения частоты фотона, представляет собой более эффективный метод, но оказалось, что устройство, необходимое для такого процесса, фотогальванический фазовый модулятор, сложно интегрировать в микросхему.

Один материал может идеально подходить для такого применения — тонкий слой ниобата лития.

«В нашей работе мы использовали новую конструкцию индуктора на тонкой пленке ниобата лития, которая значительно улучшила характеристики устройства», — сказал Марко Лончар, профессор электротехники Тяньцай Линь в SEAS и старший автор исследования. «С помощью этого встроенного модулятора мы достигли рекордных терагерцовых частотных сдвигов для одиночных фотонов».

Команда также использовала тот же модификатор в качестве «линзы времени» — увеличительной линзы, которая искривляет свет во времени, а не в пространстве, — чтобы изменить спектральную форму фотона с толстой на тонкую.

«Наше устройство более компактно и энергоэффективно, чем обычные громоздкие устройства», — сказал Ди Чжоу, первый автор статьи. «Его можно комбинировать с широким спектром классических и квантовых устройств на одном чипе для достижения более совершенного управления квантовым светом».

Ди — бывший научный сотрудник SEAS, а в настоящее время — научный сотрудник Агентства по науке, исследованиям и технологиям (A*STAR) в Сингапуре.

Далее команда планирует использовать устройство для управления частотой и пропускной способностью квантовых излучателей для приложений в квантовых сетях.

Исследование было результатом сотрудничества Гарварда, Массачусетского технологического института, HyperLight и A*STAR.

В соавторстве с Changchen Chen, Mengjie Yu, Linbo Shao, Yaowen Hu, CJ Xin, Matthew Yeh, Soumya Ghosh, Lingyan He, Christian Reimer, Neil Sinclair, Franco NC Wong, Mian Zhang.

Это исследование финансировалось Гарвардской квантовой инициативой (HQI), Армейским исследовательским бюро/Агентством перспективных оборонных проектов (DARPA) (W911NF2010248), Управлением научных исследований ВВС (FA9550-20-1-01015) и DARPA Lasers for Universal Microscale. Оптический. . Systems (HR0011-20-C-0137), Министерство энергетики (DE-SC0020376), Национальный научный фонд (EEC-1941583), Исследовательская лаборатория ВВС (FA9550-21-1-0056), Постдокторант HQI, A* The Центральный исследовательский фонд STAR SERC (CRF) и Канадский совет по естественным наукам и инженерным исследованиям (NSERC).