Cambio de color de luz cuantitativo en un chip integrado

Cambiar el color de fotones individuales utilizando un modulador de fase integrado. Crédito: Loncar Lab/Harvard SEAS

Los fotones ópticos son portadores ideales de información cuántica. Pero para trabajar juntos en una computadora o red cuántica, deben tener el mismo color, o frecuencia, y ancho de banda. Cambiar la frecuencia de un fotón requiere cambiar su energía, lo cual es particularmente desafiante en los chips fotónicos integrados.


Recientemente, investigadores de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas John A. Paulson de Harvard (SEAS) han desarrollado un modulador fotoeléctrico integrado que puede cambiar de manera eficiente la frecuencia y el ancho de banda de fotones individuales. El dispositivo podría usarse para computación cuántica y redes cuánticas más avanzadas.

Investigación publicada en Luz: ciencia y aplicaciones.

La conversión de un fotón de un color a otro generalmente se realiza enviando el fotón a un cristal con un potente láser que lo atraviesa, un proceso que tiende a ser ineficiente y ruidoso. La modulación de fase, en la que la oscilación de onda de un fotón se acelera o se ralentiza para cambiar la frecuencia del fotón, proporciona un método más eficiente, pero el dispositivo necesario para dicho proceso, el modulador de fase fotovoltaico, ha resultado difícil de integrar en un chip.

Un material puede ser especialmente adecuado para tal aplicación: Niobato de litio fino.

«En nuestro trabajo, adoptamos un diseño novedoso de un inductor en una película delgada de niobato de litio, que mejoró en gran medida el rendimiento del dispositivo», dijo Marko Lončar, profesor Tiantsai Lin de ingeniería eléctrica en SEAS y autor principal del estudio. «Con este modulador integrado, logramos cambios de frecuencia de terahercios récord para fotones individuales».

El equipo también usó el propio modulador como una «lente del tiempo» – A.J. lupa Dobla la luz en el tiempo en lugar del espacio, para cambiar la forma espectral de Fotón De gordo a flaco.

«Nuestro dispositivo es más compacto y eficiente energéticamente que los dispositivos a granel convencionales», dijo Di Zhou, primer autor del artículo. «Se pueden combinar con una amplia gama de dispositivos clásicos y cuánticos en el mismo chip para lograr un control más complejo de la luz cuántica».

Dee fue becaria postdoctoral de SEAS y actualmente es científica investigadora en la Agencia para la Ciencia, la Investigación y la Tecnología (A*STAR) en Singapur.

A continuación, el equipo tiene como objetivo utilizar el dispositivo para controlar repetir Y el banda ancha de emisores cuánticos para aplicaciones en redes cuánticas.

La investigación fue una colaboración entre Harvard, MIT, HyperLight y A*STAR.

El artículo fue escrito por Changchen Chen, Mengjie Yu, Linbo Shao, Yaowen Hu, CJ Xin, Matthew Yeh, Soumya Ghosh, Lingyan He, Christian Reimer, Neil Sinclair, Franco NC Wong y Mian Zhang.

más información:
Di Zhu et al, Control espectral de pulsos de luz no clásicos utilizando un modulador de niobato de litio de película delgada integrado, Luz: ciencia y aplicaciones (2022). DOI: 10.1038/s41377-022-01029-7

La frase: Cambio de color de la luz cuántica en un chip integrado (1 de diciembre de 2022) Obtenido el 1 de diciembre de 2022 de https://phys.org/news/2022-12-quantum-chip.html

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