La conversión de un solo fotón de un color o frecuencia a otro es una herramienta esencial en la comunicación cuántica, que aprovecha las correlaciones sutiles entre las propiedades subatómicas de los fotones partículas de luz para almacenar y transmitir información de forma segura.El Instituto de Estándares y Tecnología NIST ha desarrollado una versión miniaturizada de un convertidor de frecuencia, utilizando tecnología similar a la utilizada para hacer chips de computadora.
El pequeño dispositivo, que promete ayudar a mejorar la seguridad y aumentar la distancia sobre la que operan los sistemas de comunicación cuántica de próxima generación, puede adaptarse para una amplia variedad de usos, permite una fácil integración con otros elementos de procesamiento de información y puede ser masivoproducido
El nuevo convertidor de frecuencia óptica a nanoescala convierte eficientemente los fotones de una frecuencia a otra mientras consume solo una pequeña cantidad de energía y agrega un nivel muy bajo de ruido, es decir, luz de fondo no asociada con la señal entrante.
Los convertidores de frecuencia son esenciales para abordar dos problemas. Las frecuencias a las que los sistemas cuánticos generan y almacenan información de manera óptima son típicamente mucho más altas que las frecuencias requeridas para transmitir esa información a distancias de escala de kilómetros en fibras ópticas. La conversión de los fotones entre estas frecuencias requiereUn cambio de cientos de terahercios un terahercio es un billón de ciclos de onda por segundo.
Un desajuste de frecuencia mucho más pequeño, pero aún crítico, surge cuando dos sistemas cuánticos que están destinados a ser idénticos tienen pequeñas variaciones en forma y composición. Estas variaciones hacen que los sistemas generen fotones que difieren ligeramente en frecuencia en lugar de ser réplicas exactas,que puede requerir la red de comunicación cuántica.
El nuevo convertidor de frecuencia de fotones, un ejemplo de ingeniería nanofotónica, aborda ambos problemas, escriben Qing Li, Marcelo Davanço y Kartik Srinivasan Fotónica de la naturaleza . El componente clave del dispositivo integrado con chip es un resonador diminuto en forma de anillo, de unos 80 micrómetros de diámetro un poco menos que el ancho de un cabello humano y unas décimas de micrómetro de grosor. La forma y las dimensionesdel anillo, que está hecho de nitruro de silicio, se eligen para mejorar las propiedades inherentes del material al convertir la luz de una frecuencia a otra. El resonador del anillo es accionado por dos láseres de bomba, cada uno operando a una frecuencia separada.conocido como dispersión de Bragg de mezcla de cuatro ondas, un fotón que ingresa al anillo se desplaza en frecuencia en una cantidad igual a la diferencia en las frecuencias de los dos láseres de bomba.
Al igual que pedalear alrededor de una pista de carreras, la luz entrante circula alrededor del resonador cientos de veces antes de salir, mejorando en gran medida la capacidad del dispositivo para cambiar la frecuencia del fotón a baja potencia y con poco ruido de fondo. En lugar de usar unos pocos vatios de potencia, como es típicoEn experimentos anteriores, el sistema consume solo una centésima parte de esa cantidad. Es importante destacar que la cantidad de ruido adicional es lo suficientemente baja como para futuros experimentos que utilizan fuentes de un solo fotón.
Si bien se han aplicado otras tecnologías a la conversión de frecuencia, "la nanofotónica tiene el beneficio de permitir que los dispositivos sean mucho más pequeños, más fáciles de personalizar, de menor potencia y compatibles con la tecnología de fabricación por lotes", dijo Srinivasan. "Nuestro trabajo es unprimera demostración de una tecnología nanofotónica adecuada para esta exigente tarea de conversión de frecuencia cuántica "
Este trabajo fue realizado por investigadores del Centro de Ciencia y Tecnología a Nanoescala del NIST.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Nacional de Estándares y Tecnología NIST . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :