量子糾纏——或者阿爾伯特·愛因斯坦曾經(jīng)稱之為“遠(yuǎn)距離的幽靈行動(dòng)”——發(fā)生在兩個(gè)量子粒子相互連接時(shí)，即使相距數(shù)百萬英里。對一個(gè)粒子的任何觀察都會(huì)影響另一個(gè)粒子，就好像它們在相互交流一樣。當(dāng)這種糾纏涉及光子時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)有趣的可能性，包括糾纏光子的頻率，其帶寬是可以控制的。
羅切斯特大學(xué)的研究人員利用他們在《物理評論快報(bào)》中描述的薄膜納米光子器件，利用這種現(xiàn)象產(chǎn)生了令人難以置信的大帶寬。
這一突破可能導(dǎo)致：
提高了計(jì)量學(xué)和傳感實(shí)驗(yàn)的靈敏度和分辨率，包括光譜學(xué)、非線性顯微鏡和量子光學(xué)相干斷層掃描
用于信息處理和通信的量子網(wǎng)絡(luò)中信息的高維編碼
“這項(xiàng)工作代表了在納米光子芯片上產(chǎn)生超寬帶量子糾纏的重大飛躍，”電氣和計(jì)算機(jī)工程教授林強(qiáng)說。“它展示了納米技術(shù)在開發(fā)用于通信、計(jì)算和傳感的未來量子設(shè)備方面的力量，”
無需在帶寬和亮度之間進(jìn)行權(quán)衡
迄今為止，用于產(chǎn)生寬帶光糾纏的大多數(shù)設(shè)備都采用將塊狀晶體分成小部分，每個(gè)部分的光學(xué)特性略有不同，每個(gè)部分都產(chǎn)生不同頻率的光子對。然后將這些頻率加在一起以提供更大的帶寬。
“這是非常低效的，代價(jià)是光子的亮度和純度降低，”主要作者、林實(shí)驗(yàn)室的博士生 Usman Javid 說。在這些設(shè)備中，“在生成的光子對的帶寬和亮度之間總會(huì)有一個(gè)權(quán)衡，人們必須在兩者之間做出選擇。我們用我們的色散工程技術(shù)完全規(guī)避了這種權(quán)衡，以獲得兩者：創(chuàng)紀(jì)錄的高帶寬和創(chuàng)紀(jì)錄的高亮度。”
由林的實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)建的薄膜鈮酸鋰納米光子器件使用兩側(cè)帶有電極的單個(gè)波導(dǎo)。根據(jù) Javid 的說法，塊狀器件的寬度可以達(dá)到幾毫米，而薄膜器件的厚度為 600 納米——其橫截面面積比塊狀晶體小一百萬多倍。這使得光的傳播對波導(dǎo)的尺寸極為敏感。
事實(shí)上，即使是幾納米的變化也會(huì)導(dǎo)致通過它傳播的光的相位和群速度發(fā)生顯著變化。因此，研究人員的薄膜設(shè)備可以精確控制對生成過程進(jìn)行動(dòng)量匹配的帶寬。“然后我們可以解決一個(gè)參數(shù)優(yōu)化問題來找到最大化這個(gè)帶寬的幾何形狀，”Javid 說。
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