นักวิจัยสร้างสถิติ 'อัลตร้าบรอดแบนด์' ด้วยโฟตอนพัวพัน
Adnan Ab 27 ธันวาคม 2564 ฟิสิกส์ควอนตัม
การพัวพันกันของควอนตัม หรือสิ่งที่อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ เคยเรียกว่า "การกระทำที่น่ากลัวในระยะไกล" เกิดขึ้นเมื่ออนุภาคควอนตัมสองตัวเชื่อมต่อกัน แม้จะห่างกันหลายล้านไมล์ การสังเกตอนุภาคตัวใดตัวหนึ่งจะส่งผลต่ออีกอนุภาคหนึ่งราวกับว่าพวกมันกำลังสื่อสารกัน เมื่อการพัวพันนี้เกี่ยวข้องกับโฟตอน ความเป็นไปได้ที่น่าสนใจก็ปรากฏขึ้น รวมถึงการเข้าไปพัวพันกับความถี่ของโฟตอน ซึ่งสามารถควบคุมแบนด์วิดท์ได้
ฉบับปรับปรุงจากบทความที่แล้ว
นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยโรเชสเตอร์ใช้ประโยชน์จากปรากฏการณ์นี้เพื่อสร้างแบนด์วิดธ์ขนาดใหญ่อย่างไม่น่าเชื่อโดยใช้อุปกรณ์นาโนโฟโตนิกแบบฟิล์มบางที่พวกเขาอธิบายไว้ในจดหมายทบทวนทางกายภาพ
การพัฒนาอาจนำไปสู่:
ความไวและความละเอียดที่เพิ่มขึ้นสำหรับการทดลองในมาตรวิทยาและการตรวจจับ ซึ่งรวมถึงสเปกโทรสโกปี กล้องจุลทรรศน์แบบไม่เชิงเส้น และการตรวจเอกซเรย์คอมพิวเตอร์ควอนตัม
การเข้ารหัสข้อมูลในมิติที่สูงขึ้นในเครือข่ายควอนตัมสำหรับการประมวลผลข้อมูลและการสื่อสาร
นักวิจัยในห้องปฏิบัติการของ Qiang Lin แห่งมหาวิทยาลัย Rochester ได้สร้างแบนด์วิดธ์ 'ultraroadband' ของโฟตอนที่พันกันโดยใช้อุปกรณ์นาโนโฟโตนิกแบบฟิล์มบางที่แสดงไว้ที่นี่ ที่ด้านซ้ายบน ลำแสงเลเซอร์จะเข้าสู่ท่อนำคลื่นลิเธียมไนโอเบตฟิล์มบางที่มีขั้วเป็นระยะ (แถบสีเขียวและสีเทา) โฟตอนที่พันกัน (จุดสีม่วงและสีแดง) ถูกสร้างขึ้นด้วยแบนด์วิดท์ที่เกิน 800 นาโนเมตร เครดิต: Usman Javi และ Michael Osadciw
Qiang Lin ศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมไฟฟ้าและคอมพิวเตอร์กล่าวว่า "งานนี้แสดงให้เห็นถึงการก้าวกระโดดครั้งสำคัญในการผลิตสิ่งกีดขวางควอนตัมแบบ ultrabroadband บนชิปนาโนโฟโตนิก" "และแสดงให้เห็นถึงพลังของนาโนเทคโนโลยีในการพัฒนาอุปกรณ์ควอนตัมในอนาคตสำหรับการสื่อสาร การคำนวณ และการรับรู้"
ไม่มีการแลกเปลี่ยนระหว่างแบนด์วิดท์และความสว่างอีกต่อไป
จนถึงปัจจุบัน อุปกรณ์ส่วนใหญ่ที่ใช้ในการสร้างการพันกันของแสงแบบบรอดแบนด์ได้ใช้วิธีการแบ่งผลึกขนาดใหญ่ออกเป็นส่วนเล็กๆ โดยแต่ละส่วนมีคุณสมบัติทางแสงที่แตกต่างกันเล็กน้อย และแต่ละอย่างสร้างความถี่ที่ต่างกันของคู่โฟตอน ความถี่จะถูกรวมเข้าด้วยกันเพื่อให้มีแบนด์วิดท์ที่ใหญ่ขึ้น
ผู้เขียนนำ Usman Javid, Ph.D. กล่าวว่า "สิ่งนี้ค่อนข้างไม่มีประสิทธิภาพและต้องแลกกับความสว่างและความบริสุทธิ์ของโฟตอนที่ลดลง นักเรียนในห้องทดลองของหลิน ในอุปกรณ์เหล่านั้น "จะมีการแลกเปลี่ยนระหว่างแบนด์วิดท์และความสว่างของคู่โฟตอนที่สร้างขึ้นเสมอ และเราต้องเลือกระหว่างสองสิ่งนี้ เราได้หลีกเลี่ยงการแลกเปลี่ยนนี้อย่างสมบูรณ์ด้วยเทคนิควิศวกรรมการกระจายของเราเพื่อให้ได้ทั้งสองอย่าง: แบนด์วิดธ์สูงเป็นประวัติการณ์ที่ความสว่างสูงเป็นประวัติการณ์"
อุปกรณ์นาโนโฟโตนิกลิเธียมไนโอเบตแบบฟิล์มบางที่สร้างขึ้นโดยห้องปฏิบัติการของ Lin ใช้ท่อนำคลื่นเดี่ยวที่มีขั้วไฟฟ้าทั้งสองด้าน ในขณะที่อุปกรณ์ขนาดใหญ่สามารถเป็นมิลลิเมตรได้ อุปกรณ์ฟิล์มบางมีความหนา 600 นาโนเมตร ซึ่งมีขนาดเล็กกว่าล้านเท่าในพื้นที่หน้าตัดเมื่อเทียบกับคริสตัลจำนวนมาก ตามข้อมูลของ Javid ทำให้การแพร่กระจายของแสงมีความไวต่อขนาดของท่อนำคลื่นอย่างมาก
แท้จริงแล้ว ความผันแปรของนาโนเมตรเพียงไม่กี่นาโนเมตรสามารถทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญกับเฟสและความเร็วของกลุ่มของแสงที่แพร่กระจายผ่านมันได้ เป็นผลให้อุปกรณ์ฟิล์มบางของนักวิจัยสามารถควบคุมแบนด์วิดท์ได้อย่างแม่นยำซึ่งกระบวนการสร้างคู่จะจับคู่โมเมนตัม "จากนั้นเราสามารถแก้ปัญหาการปรับพารามิเตอร์ให้เหมาะสมเพื่อค้นหาเรขาคณิตที่เพิ่มแบนด์วิดธ์นี้ให้สูงสุด" Javid กล่าว
อุปกรณ์พร้อมที่จะนำไปใช้ในการทดลอง แต่เฉพาะในห้องปฏิบัติการเท่านั้น Javid กล่าว เพื่อนำไปใช้ในเชิงพาณิชย์ จำเป็นต้องมีกระบวนการผลิตที่มีประสิทธิภาพและคุ้มทุนมากขึ้น และแม้ว่าลิเธียมไนโอเบตจะเป็นวัสดุที่สำคัญสำหรับเทคโนโลยีที่ใช้แสง แต่การผลิตลิเธียมไนโอเบตยัง "ยังอยู่ในช่วงเริ่มต้น และจะต้องใช้เวลาพอสมควรกว่าจะโตพอที่จะทำให้เข้าใจเรื่องการเงินได้" เขากล่าว
ผู้ทำงานร่วมกันคนอื่น ๆ ได้แก่ ผู้เขียนร่วม Jingwei Ling, Mingxiao Li และ Yang He จากภาควิชาวิศวกรรมไฟฟ้าและคอมพิวเตอร์ และ Jeremy Staffa จาก Institute of Optics ซึ่งทุกคนเป็นนักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษา Yang He เป็นนักวิจัยหลังปริญญาเอก
ข้อมูลเพิ่มเติม: Usman A. Javid et al, Ultrabroadband Entangled Photons บนชิปนาโนโฟโตนิก, จดหมายทบทวนทางกายภาพ (2021) ดอย: 10.1103/PhysRevLett.127.183601
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2024 Blockdit
