Исследователи разработали новый метод генерации пар фотонов на чипе, который может значительно повысить эффективность квантовых технологий, включая квантовую связь, телепортацию и вычисления. Открытие основано на использовании ниобата лития, обладающего уникальными свойствами для квантовых приложений. Согласно результатам, данный прорыв может упростить доступ к квантовым технологиям и их интеграцию в реальные устройства. Ниобат лития считается важным материалом в фотонике, где свет применяется для выполнения задач, традиционно требующих электроники. Научная работа представлена в зарубежном журнале Nature.
Источник изображения: pixabay.com
В последнее время тонкопленочный ниобат лития стал мощной платформой для генерации фотонных пар, которые необходимы для множества квантовых приложений. Один из методов создания таких пар фотонов, спонтанное параметрическое понижение частоты (SPDC), включает преобразование одного фотона в два коррелированных фотона с пониженной энергией. Эффективность SPDC зависит от достижения фазового согласования, обычно достигаемого с использованием квазифазового согласования, что требует периодической поляризации ниобата лития (PPLN). Однако этот традиционный метод имеет свои ограничения и не всегда подходит для современных нанофотонных устройств.
Новый метод, известный как послойно-поляризованный ниобат лития (LPLN), решает эти проблемы. Исследователи применили электрическую поляризацию для создания послойной инверсии доменов в тонкопленочном ниобате лития. Этот подход улучшает эффективность генерации фотонных пар и упрощает процесс производства, что способствует массовому выпуску таких устройств.
Интересно, что открытие метода LPLN было сделано случайно. Частичная инверсия доменов, изначально воспринимавшаяся как ошибка, оказалась полезной для эффективной генерации фотонных пар. Исследовательская группа объединила генерацию второй гармоники (ГВГ) с SPDC в одном волноводе LPLN, что позволяло генерировать пары фотонов с использованием стандартных телекоммуникационных компонентов и упрощало настройку технологии для практического применения в квантовой коммуникации.
Сяодун Ши, ведущий автор исследования, отметил, что эффективность SHG в волноводах LPLN может быть вдвое выше по сравнению с традиционными волноводами PPLN. Устройства LPLN демонстрируют высокую производительность даже при изменениях геометрии и температуры, что делает их перспективными для применения в квантовых технологиях.
В будущем исследователи планируют улучшить производительность и масштабируемость этих устройств для использования в современных системах квантовой связи. Это открытие создает новые возможности для развития квантовых технологий, повышая их эффективность и облегчая интеграцию в повседневные устройства.
Источник: knowridge.com
Источник
