當兩個量子粒子相互連線時，即使相距數百萬英里，也會發生量子糾纏——或者阿爾伯特·愛因斯坦曾經稱之為“遠距離的幽靈行動”。對一個粒子的任何觀察都會影響另一個粒子，就好像它們在相互交流一樣。當這種糾纏涉及光子時，就會出現有趣的可能性，包括糾纏光子的頻率，其頻寬是可以控制的。
羅切斯特大學的研究人員利用他們在《物理評論快報》中描述的薄膜奈米光子器件，利用這種現象產生了令人難以置信的大頻寬。
這一突破可能導致：
提高了計量學和感測實驗的靈敏度和解析度，包括光譜學、非線性顯微鏡和量子光學相干斷層掃描用於資訊處理和通訊的量子網路中資訊的高維編碼“這項工作代表了在奈米光子晶片上產生超寬頻量子糾纏的重大飛躍，”電氣和計算機工程教授強林說。“它展示了納米技術在開發用於通訊、計算和感測的未來量子裝置方面的力量，”
無需在頻寬和亮度之間進行權衡
迄今為止，用於產生寬頻光糾纏的大多數裝置都採用將塊狀晶體分成小部分，每個部分的光學特性略有不同，每個部分都產生不同頻率的光子對。然後將這些頻率加在一起以提供更大的頻寬。
“這是非常低效的，代價是光子的亮度和純度降低，”主要作者、博士生 Usman Javid 說。林實驗室的學生。在這些裝置中，“在生成的光子對的頻寬和亮度之間總會有一個權衡，必須在兩者之間做出選擇。我們用我們的色散工程技術完全規避了這種權衡，以獲得兩者：一個創紀錄的高頻寬和創紀錄的高亮度。”
由林的實驗室建立的薄膜鈮酸鋰奈米光子器件使用兩側帶有電極的單個波導。根據 Javid 的說法，塊狀器件的寬度可以達到幾毫米，而薄膜器件的厚度為 600 奈米——其橫截面面積比塊狀晶體小一百萬多倍。這使得光的傳播對波導的尺寸極為敏感。
事實上，即使是幾奈米的變化也會導致透過它傳播的光的相位和群速度發生顯著變化。因此，研究人員的薄膜裝置可以精確控制對生成過程進行動量匹配的頻寬。“然後我們可以解決一個引數最佳化問題來找到最大化這個頻寬的幾何形狀，”Javid 說。
Javid 說，該裝置已準備好用於實驗，但僅限於實驗室環境。為了在商業上使用，需要更有效和更具成本效益的製造工藝。儘管鈮酸鋰是光基技術的重要材料，但鈮酸鋰的製造“仍處於起步階段，需要一段時間才能成熟到具有經濟意義，”他說。
其他合作者包括電氣與計算機工程系的 Jingwei Ling、Mingxiao Li 和 Yang He，以及光學研究所的 Jeremy Staffa，他們都是研究生。楊鶴，博士後研究員。
