Technologia przetwarzania światła dla przyszłych układów kwantowych

Komputery kwantowe to jeden z najważniejszych przełomów technologicznych XXI wieku.

Uniwersytet w Paderborn Naukowcy, pracujący pod kierunkiem profesora Thomasa Zentgrafa i we współpracy ze współpracownikami z Australian National University oraz Singapore University of Technology and Design, stworzyli nową technologię przetwarzania światła, która może być wykorzystana jako podstawa dla przyszłej technologii optycznej. komputery kwantowe.

Wyniki zostały opublikowane w prestiżowym czasopiśmie branżowym”Fotonika przyrody. „

Nowe elementy optyczne manipulujące światłem pozwolą na bardziej innowacyjne zastosowania w nowych technologiach informatycznych, zwłaszcza w komputerach kwantowych. Jednak nieodwrotna propagacja światła przez powierzchnie nanostrukturalne, ponieważ powierzchnie te były wykorzystywane w skali mikroskopowej, pozostaje poważnym wyzwaniem.

We wzajemnej propagacji światło może podążać tą samą drogą do przodu i do tyłu przez strukturę; Jednak niewzajemna propagacja jest porównywalna do ulicy jednokierunkowej, gdzie może się rozprzestrzeniać tylko w jednym kierunku.

Thomas Zentgraf, profesor Uniwersytetu Paderborn

Zentgraf był również przewodniczącym Grupy Roboczej ds. Ultraszybkich Nanofotonów.

Brak wzajemności to właściwość optyczna, która powoduje, że światło generuje różne właściwości fizyczne, gdy jego kierunek jest odwrócony. Jednym z takich przykładów jest okno wykonane z jednej strony z przezroczystego szkła, które przepuszcza światło, ale z drugiej działa jak powierzchnia odbijająca i odbija światło. Nazywa się to powielaniem.

„W dziedzinie fotoniki ta dwoistość może być bardzo przydatna w opracowywaniu innowacyjnych elementów optycznych do przetwarzania światłamówi Zentgraf.

Nieodwrotna propagacja światła z konwersją częstotliwości światła laserowego została połączona w ramach partnerstwa między jego grupą roboczą na Uniwersytecie w Paderborn a naukowcami z Australijskiego Uniwersytetu Narodowego i Singapurskiego Uniwersytetu Technologii i Projektowania.

„Zastosowaliśmy konwersję częstotliwości w specjalnie zaprojektowanych strukturach o wymiarach w zakresie kilkuset nanometrów, aby zamienić światło podczerwone — niewidoczne dla ludzkiego oka — na światło widzialne.wyjaśnia dr Sergey Kroc, Marie Curie Fellow w Grupie Zentgraf.

Badania wykazały, że w przypadku powierzchni nanostrukturalnej ten proces transformacji zachodzi tylko w jednej ścieżce oświetlenia i jest tłumiony w przeciwnym kierunku oświetlenia. Dwoistość właściwości przesunięcia częstotliwości została wykorzystana do zaprogramowania obrazów na raczej przezroczystej powierzchni.

Poszczególne nanostruktury ułożyliśmy w taki sposób, aby dawały inny obraz w zależności od tego, czy powierzchnia próbki jest oświetlona z przodu czy z tyłu. Obrazy stały się widoczne tylko wtedy, gdy do oświetlenia użyliśmy światła laserowego na podczerwień.

Thomas Zentgraf, profesor Uniwersytetu Paderborn

W początkowych eksperymentach intensywność światła o przekształceniu częstotliwości w zakresie widzialnym była wciąż bardzo niska. Kolejnym wyzwaniem jest dalsze zwiększenie wydajności, tak aby do konwersji częstotliwości potrzeba było mniej światła podczerwonego.

Kierunkową kontrolę przesunięcia częstotliwości w potencjalnych optycznych układach scalonych można wykorzystać do bezpośredniej wymiany światła na nowe lub do stworzenia unikalnych warunków fotonowych dla wydajnych optycznych obliczeń kwantowych na małym chipie.

„Być może zobaczymy zastosowanie w przyszłych komputerach kwantowych, w których ważną rolę odgrywa ukierunkowana produkcja pojedynczych fotonów z wykorzystaniem konwersji częstotliwości.mówi Zentgraf.

Numer czasopisma:

Croc, SS, i inni. (2022) Asymetryczne parametryczne generowanie obrazów o nieliniowych powierzchniach dielektrycznych. Fotonika przyrody. doi.org/10.1038/s41566-022-01018-7.

źródło: https://www.uni-paderborn.de/en/