Optički fotoni su idealni nosioci kvantnih informacija. Ali da bi radili zajedno u kvantnom računaru ili mreži, oni moraju da imaju istu boju – ili frekvenciju – i propusni opseg. Promena frekvencije fotona zahteva promenu njegove energije, što je posebno izazovno na integrisanim fotonskim čipovima.
Nedavno su istraživači sa Harvardske škole za inženjerstvo i primenjene nauke (SEAS) razvili integrisani elektro-optički modulator koji može efikasno da promeni frekvenciju i propusni opseg pojedinačnih fotona. Uređaj bi se mogao koristiti za naprednije kvantno računarstvo i kvantne mreže.
Pretvaranje fotona iz jedne boje u drugu obično se vrši slanjem fotona u kristal sa jakim laserom koji sija kroz njega, što je proces koji obično bude neefikasan i bučan. Fazna modulacija, u kojoj se oscilacija fotonskog talasa ubrzava ili usporava da bi se promenila frekvencija fotona, nudi efikasniji metod, ali se pokazalo da je uređaj potreban za takav proces, elektro-optički fazni modulator, teško integrisati u čip.
Jedan materijal može biti jedinstveno pogodan za takvu primenu: tankoslojni litijum niobat.
„U našem radu usvojili smo novi dizajn modulatora na tankom sloju litijum niobata koji je značajno poboljšao performanse uređaja“, rekao je Marko Lončar, Tiantsai Lin profesor elektrotehnike na SEAS-u i viši autor studije. „Sa ovim integrisanim modulatorom postigli smo rekordno visoke pomeranja frekvencije teraherca pojedinačnih fotona.
Tim je takođe koristio isti modulator kao „vremensko sočivo“ – lupa koja savija svetlost u vremenu umesto u prostoru – da promeni spektralni oblik fotona iz debelog u mršav.
„Naš uređaj je mnogo kompaktniji i energetski efikasniji od tradicionalnih rasutih uređaja“, rekao je Di Žu, prvi autor rada. „Može se integrisati sa širokim spektrom klasičnih i kvantnih uređaja na istom čipu kako bi se ostvarila sofisticiranija kontrola kvantne svetlosti.
Zatim, tim ima za cilj da koristi uređaj za kontrolu frekvencije i propusnog opsega kvantnih emitera za aplikacije u kvantnim mrežama.
