Eine verbesserte Wellenlängenumwandlung ebnet den Weg für eine effizientere Quanteninformationsübertragung

Fortschritte in der Quanteninformationstechnologie ebnen den Weg für eine schnellere und effizientere Datenübertragung. Eine der größten Herausforderungen bestand darin, sicherzustellen, dass Qubits, grundlegende Einheiten der Quanteninformation, zwischen verschiedenen Wellenlängen übertragen werden können, ohne ihre wesentlichen Eigenschaften wie Kohärenz und Verschränkung zu verlieren.

Wie in gezeigt Fortgeschrittene PhotonikForscher der Shanghai Jiao Tong University (SJTU) haben kürzlich in diesem Bereich erhebliche Fortschritte gemacht, indem sie eine neue Breitband-Frequenzumwandlungsmethode entwickelt haben, ein entscheidender Schritt für zukünftige Quantennetzwerke.

Das SJTU-Team konzentrierte sich auf eine Technik mit X-geschnittenem Dünnschicht-Lithiumniobat (TFLN), einem Material, das für seine nichtlinearen optischen Eigenschaften bekannt ist. Sie erzeugten erfolgreich eine breitbandige zweite Harmonische – ein wichtiger Prozess zur Umwandlung von Licht von einer Wellenlänge in eine andere – mit einer bemerkenswerten Bandbreite von bis zu 13 Nanometern. Dies wurde durch einen Prozess namens Modenhybridisierung erreicht, der eine präzise Steuerung der Frequenzumwandlung in einem Mikro-Rennstreckenresonator ermöglicht.

Laut dem korrespondierenden Autor Professor Yuping Chen ist „ein effizienter nichtlinearer Prozess zweiter Ordnung mit einer weitgehend abstimmbaren Pumpbandbreite aufgrund der weit verbreiteten Anwendungen in Längenmultiplex-Netzwerken, Nichtlinearität ultrakurzer Impulse und Quantenschlüssel“ ein seit langem verfolgtes Ziel Verteilung und Erzeugung breitbandiger Einzelphotonenquellen.

„Dank der großen Fortschritte in der Fertigungstechnologie auf der TFLN-Plattform wird diese Arbeit den Weg für die nichtlineare Frequenzumwandlung im Chip-Maßstab zwischen ultrakurzen optischen Impulsen und sogar Quantenzuständen ebnen.“

Dieser Fortschritt könnte weitreichende Auswirkungen auf integrierte photonische Systeme haben. Durch die Möglichkeit einer abstimmbaren Frequenzumwandlung auf dem Chip öffnet es die Tür zu verbesserten Quantenlichtquellen, Multiplexing mit höherer Kapazität und einer effizienteren optischen Mehrkanal-Informationsverarbeitung. Während Forscher diese Technologien weiter erforschen, wächst das Potenzial für den Ausbau von Quanteninformationsnetzwerken, was uns der Ausschöpfung ihrer vollen Fähigkeiten in verschiedenen Anwendungen näher bringt.