Forskere ændrer bølgelængder af sammenfiltrede fotoner til dem, der bruges inden for telekommunikation

Potentialet for fotonindvikling i kvanteberegning og kommunikation har været kendt i årtier. Et af problemerne, der hindrer dens umiddelbare anvendelse, er det faktum, at mange fotonindfiltringsplatforme ikke fungerer inden for det område, der bruges af de fleste former for telekommunikation.

Et internationalt team af forskere er begyndt at opklare mysterierne ved sammenfiltrede fotoner, demonstrerer en ny nanoskala-teknik, der bruger halvlederkvantumpunkter til at bøje fotoner til de bølgelængder, der bruges af nutidens populære C-båndstandarder. De rapporterer deres arbejde i denne uge i Anvendt fysik bogstaver .

"Vi har demonstreret emission af polarisationsindviklede fotoner fra en kvantepunkt ved 1550 nanometer for første gang nogensinde, "sagde Simone Luca Portalupi, en af ​​værkets forfattere og en seniorforsker ved Institute of Semiconductor Optics and Functional Interfaces ved University of Stuttgart. "Vi er nu på bølgelængden, der faktisk kan bære kvantekommunikation over lange afstande med eksisterende telekommunikationsteknologi."

Forskerne brugte kvanteprikker skabt fra en indiumarsenid- og galliumarsenidplatform, producerer rene enkeltfotoner og sammenfiltrede fotoner. I modsætning til parametriske nedkonverteringsteknikker, kvanteprikker tillader, at fotoner kun udsendes én ad gangen og efter behov, afgørende egenskaber for kvanteberegning. En distribueret Bragg-reflektor, som er lavet af materialer i flere lag og reflekterer over et bredt spektrum, dirigerede derefter fotonerne til et mikroskopobjekt, tillader dem at blive indsamlet og målt.

Forskere og brancheledere har fundet ud af, at C-båndet-et specifikt område af infrarøde bølgelængder-er blevet et elektromagnetisk sødepunkt i telekommunikation. Fotoner, der rejser gennem både optiske fibre og atmosfæren inden for dette område, oplever betydeligt mindre absorption, hvilket gør dem perfekte til at videresende signaler over lange afstande.

"Telecom-C-båndsvinduet har den absolutte minimale absorption, vi kan opnå for signaloverførsel, "sagde Fabian Olbrich, en anden af ​​papirets forfattere. "Som forskere har gjort opdagelser, industrien har forbedret teknologi, som har ladet forskere gøre flere opdagelser, og så nu har vi en standard, der fungerer meget godt og har lav spredning. "

De fleste sammenfiltrede fotoner, der stammer fra kvanteprikker, imidlertid, operere i nærheden af ​​900 nanometer, tættere på bølgelængder kan vi se med det blotte øje.

Forskerne var imponerede over signalets kvalitet, Sagde Olbrich. Andre bestræbelser på at flytte emissionsbølgelængden af ​​polarisationsindviklede fotoner af kvantepunkter mod C-båndet havde en tendens til at øge exciton fine-struktur-splitting (FSS), en mængde, der bør være tæt på nul for sammenfiltringsgenerering. Olbrichs team rapporterer, at deres eksperiment oplevede mindre end en femtedel så meget FSS som andre undersøgelser i litteraturen.

"Chancen for at finde en kvanteprik, der er i stand til at udsende polarisationsindviklede fotoner med høj troværdighed, er ret stor for vores specifikke undersøgelse, "Sagde Olbrich.

For hvert vellykket eksperiment, kvantekommunikationssamfundet ser sit felt bøje mod større anvendelighed i nutidens telekommunikationsindustri. Forskere håber, at en dag, sammenfiltrede fotoner vil påvirke kryptografi og sikker satellitkommunikation.

"Den svære del nu er at kombinere alle fordelene ved systemet og opfylde forudsætninger såsom høj fotonskel, drift ved høj temperatur, øget fotonflux og udkoblingseffektivitet, der ville få dem til at fungere, " sagde Olbrich.