Ученые делают большой шаг вперед в области нелинейной оптики
Квазифазовое преобразование в периодически поляризованных слоистых полупроводниках
Исследователи создали гораздо меньший и более энергоэффективный способ создания пар фотонов, которые влияют друг на друга независимо от того, насколько далеко они находятся друг от друга. Эта технология может произвести революцию в вычислительной технике, телекоммуникациях и зондировании.
В квантовой запутанности пары фотонов становятся связанными так, что если состояние одного фотона меняется, другой меняется мгновенно, независимо от того, насколько далеко они находятся друг от друга. Альберт Эйнштейн назвал это «жутким действием на расстоянии».
Сегодня запутанность используется для создания базовой единицы квантовой информации — кубита.
Обычно для создания пар фотонов требуются большие кристаллы. Однако исследователи из Columbia Engineering нашли новый способ создания таких пар фотонов более эффективно, используя меньшие устройства и меньше энергии.
Это большой шаг вперед в нелинейной оптике, которая предполагает изменение свойств света для использования в таких устройствах, как лазеры, телекоммуникации и лабораторное оборудование.
Исследователи говорят, что их работа связывает крупномасштабную и мелкомасштабную квантовую оптику. Она закладывает основу для высокоэффективных масштабируемых устройств на чипе, таких как настраиваемые микроскопические генераторы фотонных пар.
Толщина нового устройства составляет всего 3,4 микрометра, что позволяет ему поместиться на кремниевом чипе. Это может сделать квантовые устройства гораздо более энергоэффективными и технически продвинутыми.
Для создания устройства исследователи использовали тонкие кристаллы дисульфида молибдена. Они сложил шесть таких кристаллов, повернув каждый слой на 180 градусов. Когда свет проходит через этот стек, квазифазовое согласование изменяло свет, создавая парные фотоны.
Это первый случай использования квазифазового согласования в материалах Ван-дер-Ваальса (состоят из отдельных атомных плоскостей) для генерации пар фотонов на длинах волн, полезных для телекоммуникаций. Новый метод также более эффективен и менее подвержен ошибкам, чем предыдущие.
Ученые считают, что этот прорыв сделает материалы Ван-дер-Ваальса ключом к квантовым технологиям следующего поколения. Эти инновации повлияют на такие области, как спутниковая связь и квантовая связь мобильных телефонов.
Исследование было опубликовано в журнале Nature Photonics.