Οι κβαντικές τεχνολογίες υπόσχονται ασφαλή δίκτυα επικοινωνίας, ισχυρούς υπολογιστές και νέες συσκευές αίσθησης. Μία από τις μεγαλύτερες προκλήσεις είναι ότι τα διάφορα κβαντικά συστήματα λειτουργούν σε διαφορετικά μήκη κύματος φωτός. Για παράδειγμα, οι κβαντικές μνήμες και τα παγιδευμένα ιόντα λειτουργούν στο υπεριώδες ή το ορατό φάσμα, ενώ οι τηλεπικοινωνιακές ίνες μεγάλων αποστάσεων απαιτούν τηλεπικοινωνιακά μήκη κύματος.
Δοκιμή μεταφοράς φάσης μεταξύ διαφορετικών μηκών κύματος
Η κατασκευή πρακτικών κβαντικών δικτύων απαιτεί αξιόπιστους τρόπους μετάφρασης της κβαντικής πληροφορίας μεταξύ αυτών των οπτικών ζωνών χωρίς απώλεια δεδομένων. Μια νέα μελέτη στο Advanced Photonics Nexus διερευνά μια υποσχόμενη διαδρομή μέσω της ανάμειξης τεσσάρων κυμάτων (FWM). Η ερευνητική ομάδα από το UCLA, το SLAC, το Πανεπιστήμιο του Rochester και το Πανεπιστήμιο της Ottawa εξέτασε αν η διαδικασία FWM μπορεί να διατηρήσει τη φάση του κβαντικού σήματος, ιδιότητα απαραίτητη για την εγγραφή και τη μεταφορά πληροφοριών.
Για τη μελέτη αυτού του προβλήματος, η ομάδα μοντελοποίησε τη μετατροπή συχνότητας σε μια τριχοειδή ίνα κοίλου πυρήνα γεμάτη με αέριο ξένο. Προσομοίωσαν τρία σενάρια μετατροπής: από υπερέρυθρο φως στα 1.030 nm σε υπεριώδες στα 343 nm, από τηλεπικοινωνιακό φως στα 1.550 nm σε υπεριώδες στα 308 nm, και από τηλεπικοινωνιακό φως στα 1.550 nm σε ορατό φως στα 516 nm.
Υψηλή διατήρηση φάσης και προκλήσεις
Οι προσομοιώσεις έδειξαν ισχυρή διατήρηση της φάσης, με τους συσχετισμούς μεταξύ των προφίλ εισόδου και εξόδου να ξεπερνούν το 0,95 και υπό ευνοϊκές συνθήκες το 0,99. Η μετατροπή από το τηλεπικοινωνιακό στο ορατό φάσμα αποδείχθηκε ιδιαίτερα ανθεκτική. Αντίθετα, η μετατροπή σε υπεριώδες φως ήταν πιο ευαίσθητη, καθώς η αύξηση της ενέργειας των παλμών προκαλούσε μη γραμμικά φαινόμενα που παραμόρφωναν τη φάση.
Οι ερευνητές σημείωσαν ότι οι συνθήκες που βελτιώνουν την απόδοση μετατροπής μπορούν επίσης να αυξήσουν την παραμόρφωση, αποκαλύπτοντας μια κρίσιμη ισορροπία μεταξύ απόδοσης και συνοχής.
«Αυτά τα ευρήματα θέτουν τις βάσεις για τη σύνδεση ετερογενών κβαντικών πλατφορμών σε ευρέως διαχωρισμένες οπτικές ζώνες», δηλώνει ο Hao Zhang, αντίστοιχος συγγραφέας της έκθεσης. Αν και η εργασία βασίστηκε σε μοντελοποίηση, τα αποτελέσματα δείχνουν ότι οι ίνες κοίλου πυρήνα μπορούν να γεφυρώσουν τα φασματικά κενά μεταξύ των κβαντικών εξαρτημάτων.