Investigadores de la Universidad de Rochester han aprovechado el entrelazamiento cuántico para lograr un ancho de banda increíblemente grande. Hicieron esto usando un dispositivo nanofotónico de película delgada.
Este nuevo enfoque podría conducir a una sensibilidad y resolución mejoradas para experimentos en metrología y detección, así como a una codificación de información de mayor dimensión en redes cuánticas para el procesamiento de información y las comunicaciones.
La investigación fue publicada en Cartas de revisión física.
Entrelazamiento cuántico
El entrelazamiento cuántico tiene lugar cuando dos partículas cuánticas están conectadas entre sí, y esto puede suceder incluso cuando están muy lejos una de la otra. Una observación de una partícula afecta a la otra, demostrando cómo se comunican entre sí.
Cada vez que los fotones entran en escena y se involucran en el entrelazamiento, hay muchas más posibilidades. Por ejemplo, las frecuencias de los fotones se pueden entrelazar y se puede controlar el ancho de banda.
Qiang Lin es profesor de ingeniería eléctrica e informática.
“Este trabajo representa un gran avance en la producción de entrelazamiento cuántico de banda ultraancha en un chip nanofotónico”, dice Lin. “Y demuestra el poder de la nanotecnología para desarrollar futuros dispositivos cuánticos para la comunicación, la computación y la detección”.
Enredo de luz de banda ancha
Los dispositivos actuales a menudo se basan en dividir un cristal a granel en pequeñas secciones para generar un enredo de luz de banda ancha. Cada una de estas secciones varía ligeramente en propiedades ópticas y genera diferentes frecuencias de los pares de fotones. Al sumar estas frecuencias, se puede lograr un mayor ancho de banda.
Usman Javid es estudiante de doctorado en Lin’s Lab y autor principal del artículo.
“Esto es bastante ineficiente y tiene el costo de reducir el brillo y la pureza de los fotones”, dice Javid. “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 por completo esta compensación con nuestra técnica de ingeniería de dispersión para obtener ambos: un ancho de banda récord con un brillo récord”.
El dispositivo nanofotónico de niobato de litio de película delgada recientemente desarrollado creado por el equipo se basa en una sola guía de ondas con electrodos en ambos lados. Mientras que un dispositivo a granel puede tener milímetros de ancho, el dispositivo de película delgada es extremadamente impresionante en su grosor de 600 nanómetros. Esto lo hace un millón de veces más pequeño en su área de sección transversal que un cristal a granel, lo que hace que la propagación de la luz sea extremadamente sensible a las dimensiones de la guía de ondas.
Puede haber cambios importantes en la fase y la velocidad de grupo de la luz que se propaga a través del dispositivo con solo una variación de unos pocos nanómetros. Debido a esto, el dispositivo permite controlar el ancho de banda en el que se iguala el momento del proceso de generación de pares.
“Podemos resolver un problema de optimización de parámetros para encontrar la geometría que maximiza este ancho de banda”, dice Javid.
Implementación del dispositivo
El equipo tiene el dispositivo listo para implementarse en experimentos en un entorno de laboratorio, pero si se va a usar comercialmente, deberán idear un proceso de fabricación más eficiente y económico.
La fabricación de niobato de litio aún está en pañales y se debe mejorar el aspecto financiero.
El equipo trabajó en la investigación junto con los coautores Jingwei Ling, Mingxiao Li y Yang He del Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática. El proyecto también incluyó a Jeremy Staffa del Instituto de Óptica.