Física

CIENTÍFICOS GENERARON UN REGISTRO DE ‘BANDA ULTRA – AMPLIA’ DE FOTONES ENTRELAZADOS

Crédito: Usman Javi y Michael Osadciw

Este trabajo representa un gran avance en la producción de entrelazamiento cuántico de banda.

Investigadores del laboratorio de Qiang Lin en la Universidad de Rochester han generado un récord de ‘banda ultra ancha’ de fotones entrelazados utilizando el dispositivo nano fotónico de película delgada que se ilustra arriba. En la parte superior izquierda, un rayo láser entra en una guía de ondas de niobato de litio de película delgada con polos periódicos (con bandas de color verde y gris). Los fotones entrelazados (puntos morados y rojos) se generan con una amplitud de banda superior a 800 nanómetros.

El entrelazamiento cuántico, o lo que Albert Einstein alguna vez llamó «acción espeluznante a distancia», ocurre cuando dos partículas cuánticas están conectadas entre sí, incluso cuando están separadas por millones de millas. Cualquier observación de una partícula afecta a la otra como si se estuvieran comunicando entre sí. Cuando este entrelazamiento involucra fotones, surgen posibilidades interesantes, incluido el entrelazamiento de las frecuencias de los fotones, cuyo ancho de banda se puede controlar.

Investigadores de la Universidad de Rochester han aprovechado este fenómeno para generar un ancho de banda increíblemente grande mediante el uso de un dispositivo nano fotónico de película delgada que describen en Physical Review Letters.

El avance podría conducir a:
Sensibilidad y resolución mejoradas para experimentos en metrología y detección, que incluyen espectroscopía, microscopía no lineal y tomografía de coherencia óptica cuántica.
Codificación dimensional más alta de información en redes cuánticas para procesamiento de información y comunicaciones.

«Este trabajo representa un gran avance en la producción de entrelazamiento cuántico de banda ultra ancha en un chip nano fotónico», dice Qiang Lin, profesor de ingeniería eléctrica e informática. «Y demuestra el poder de la nanotecnología para desarrollar futuros dispositivos cuánticos para la comunicación, la computación y la detección».

No más compensaciones entre ancho de banda y brillo

Hasta la fecha, la mayoría de los dispositivos utilizados para generar entrelazamientos de luz de banda ancha han recurrido al dividir un cristal a granel en pequeñas secciones, cada una con propiedades ópticas ligeramente variables y cada una genera diferentes frecuencias de los pares de fotones. Luego, las frecuencias se suman para dar un ancho de banda mayor.

«Esto es bastante ineficiente y tiene un costo de brillo reducido y pureza de los fotones», dice el autor principal Usman Javid, PhD. estudiante en el laboratorio de Lin. En esos dispositivos, «siempre habrá una compensación entre el ancho de banda y el brillo de los pares de fotones generados, y uno tiene que elegir entre los dos. Hemos eludido completamente esta compensación con nuestra técnica de ingeniería de dispersión para obtener ambos: un ancho de banda récord con un brillo récord «.

El dispositivo nano fotónico de niobato de litio de película delgada creado por el laboratorio de Lin utiliza una única guía de ondas con electrodos en ambos lados. Mientras que un dispositivo a granel puede tener milímetros de ancho, el dispositivo de película delgada tiene un grosor de 600 nanómetros, más de un millón de veces más pequeño en su área de sección transversal que un cristal a granel, según Javid. Esto hace que la propagación de la luz sea extremadamente sensible a las dimensiones de la guía de ondas.

De hecho, incluso una variación de unos pocos nanómetros puede provocar cambios significativos en la velocidad de fase y grupo de la luz que se propaga a través de ella. Como resultado, el dispositivo de película delgada de los investigadores permite un control preciso sobre el ancho de banda en el que el proceso de generación de pares coincide con el impulso. «Entonces podemos resolver un problema de optimización de parámetros para encontrar la geometría que maximice este ancho de banda», dice Javid.

El dispositivo está listo para implementarse en experimentos, pero solo en un entorno de laboratorio, dice Javid. Para su uso comercial, se necesita un proceso de fabricación más eficiente y rentable. Y aunque el niobato de litio es un material importante para las tecnologías basadas en la luz, la fabricación de niobato de litio está «todavía en su infancia y llevará algún tiempo madurar lo suficiente como para tener sentido financiero», dice.

Otros colaboradores incluyen a los coautores Jingwei Ling, Mingxiao Li y Yang He del Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática, y Jeremy Staffa del Instituto de Óptica, todos ellos estudiantes de posgrado. Yang es un investigador postdoctoral.

Fuente: Universidad de Rochester

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2 Comments
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