Forskere skaber en stærk kvantekilde med meta-linse array

Forskere har for første gang demonstreret en kvante lyskilde baseret på en meta-linse array. Fremgangsmåden tilbyder en lovende platform for både højdimensionel fotonindvikling og sammenhængende kontrol af flere fotoner, gør den velegnet til at fremme kvanteteknologier til sikker kommunikation, computing, og andre applikationer.

Værket udnytter muligheden for at styre lys med små, præcist arrangerede nano/mikrostrukturer mønstret på en optisk overflade. Resultatet kaldes en metasurface. Din Ping Tsai fra The Hong Kong Polytechnic University vil præsentere forskningen på den virtuelle OSA Advanced Photonics Congress, der afholdes 26.-30. Juli. Tsais tale er planlagt til den 27. juli fra 19:00—19:15 EDT (UTC - 04:00).

"Vores resultater indikerer, at en metasurface kan give en rute til generering og kontrol af komplekse kvantetilstande, ikke kun at øge kvantesystemets dimension, men også give mulighed for sammenhængende kontrol af flere fotoner, og dermed en kompakt og praktisk platform til udvikling af avanceret on-chip kvantefotonisk informationsbehandling, "sagde Tsai.

Kvanteteknologier kan kode oplysninger ved hjælp af fotoner, den grundlæggende lysenhed. Mens en klassisk computer koder information ved hjælp af kun to tilstande, 0 og 1, kvanteenheder koder information i forholdet mellem fotoner. Et enkelt par sammenfiltrede fotoner kan indeholde flere kvantetilstande, giver dem mulighed for at holde meget mere information end klassiske digitale systemer.

I det nye værk, Tsai og kolleger skabte en kvante lyskilde, der genererer 100 par sammenfiltrede fotoner, der er koblet og lagt oven på hinanden. Ved at generere sammenfiltrede fotonpar samtidigt, metoden kan bruges til at kode enorme mængder information i en lille chip.

For at opnå dette, forskerne kombinerede en meta-linse array, en type metaoverflade, der bruger bittesmå antenner til præcist at fremkalde lysets bølgefront, med en ikke -lineær krystal (BaB ₂ O ₄ ) at konvertere en foton med højere energi til et par sammenfiltrede fotoner med lavere energi ved hjælp af spontan parametrisk nedkonvertering. Meta-linse, lavet med en avanceret nanofabrikationsproces, består af en række galliumnitrid (GaN) nano-søjler 800 nm høje. Lys pumpes fra en laser gennem 10x10 meta-lens array og derefter gennem den ikke-lineære krystal, genererer 100 sammenfiltrede fotonpar.

Fordi kvanteindviklingen mellem fotoner er afhængig af metasurface -designet, forskerne siger, at denne tilgang giver mere fleksibilitet i manipulation af lys end eksisterende kvantekilder, åbner nye veje for kvanteoptiske teknologier.

"Vores metal-array-baserede kvantefotonkilde er kompakt, stabil, og kontrollerbar, angiver en ny platform for integrerede kvanteenheder, "sagde Tsai.

Forskerne verificerede de resulterende kvantetilstande i to, tre og fire dimensioner med 98,4%troværdighed, 96,6% og 95,0%, henholdsvis. De bekræftede også, at kilden har en god foton, der ikke kan skelnes, en vigtig funktion for multi-foton kvantekilder, samt passende strømafhængigheder.

Denne spændende nye forskning kan hjælpe kvanteinformationsvidenskaben med at realisere mange applikationer i vores daglige liv i fremtiden, såsom kvanteaktiveret sikker mobilkommunikation, adgang til e -mail, online transaktioner, kontantløse betalinger, Pengeautomater og e-banking, såvel som computeropgaver på højt niveau såsom maskinlæring, kunstig intelligens, og neurale netværk. Forskningsholdet hos Prof. Tsai er dedikeret til at fortsætte deres arbejde med kvanteprogrammer baseret på meta-optik.