피코초 단위의 광자 처리

피코초 단위의 광자 처리
날짜:
2022년 6월 28일
원천:
컬럼비아 대학교 공학 및 응용 과학 대학
요약:
새로운 양자 장치를 만들기 위해 연구자들은 빛의 개별 광자를 제어할 수 있어야 합니다. 엔지니어들은 시간 렌즈를 사용하여 그렇게 할 것을 제안합니다. 공간 특징을 확대하는 돋보기처럼 이 장치는 시간을 '확대'하고 팀이 피코초 분해능으로 더 큰 레이저 빔에서 단일 광자를 식별할 수 있도록 했습니다. 이는 다른 유형의 단일 광자 검출기로 관찰된 것보다 70배 더 빠릅니다. .

빛은 우리가 일상에서 사용하는 많은 전자 장치에서 정보를 전송하는 데 오랫동안 사용되어 왔습니다. 빛은 광자라는 양자 입자로 이루어져 있기 때문에 차세대 양자 장치의 정보 처리에도 중요한 역할을 할 것입니다. 그러나 먼저 연구자들은 개별 광자를 제어해야 합니다. Optica 에 글을 쓴 Columbia Engineers는 시간 렌즈 사용을 제안합니다.

"일반 돋보기가 다른 방법으로는 볼 수 없는 일부 공간 현상을 확대할 수 있는 것처럼 시간 렌즈를 사용하면 시간 규모의 세부 사항을 확인할 수 있습니다. Alexander Gaeta 연구실의 학생. 레이저는 특정 주파수에서 공간을 진동하는 많은, 많은, 많은 광자의 집중된 빔입니다. 팀의 시간 렌즈를 사용하면 그 어느 때보다 빠르게 빛의 개별 입자를 찾아낼 수 있습니다.

실험 설정은 신호 광자와 "혼합"하여 다른 주파수에서 또 다른 빛 패킷을 생성하는 두 개의 레이저 빔으로 구성됩니다. 시간 렌즈를 사용하여 Joshi와 그녀의 동료들은 피코 초 해상도 로 더 큰 빔에서 단일 광자를 식별할 수 있었습니다 . 이것은 다른 단일 광자 검출기에서 관찰된 것보다 10-12 초, 약 70배 더 빠릅니다. Joshi는 현재 CalTech의 박사후 연구원입니다. 이러한 시간 렌즈를 사용하면 현재의 광자 검출기로는 달성할 수 없는 정밀도로 개별 광자를 일시적으로 해결할 수 있습니다.

단일 광자를 보는 것 외에도 팀은 스펙트럼(즉, 합성 색상)을 조작하여 이동 경로를 재구성할 수 있습니다. 이것은 양자 정보 네트워크를 구축하기 위한 중요한 단계입니다. "이러한 네트워크에서 모든 노드는 서로 통신할 수 있어야 합니다. 해당 노드가 광자일 때 스펙트럼 및 시간 대역폭이 일치해야 하는데, 이는 시간 렌즈로 달성할 수 있습니다."라고 Joshi가 말했습니다.

향후 조정을 통해 Gaeta 연구소는 시간 분해능을 3배 이상 더 줄이기를 희망하며 개별 광자를 제어하는 ​​방법을 계속 탐구할 것입니다. "우리의 시간 렌즈를 사용하면 대역폭을 원하는 애플리케이션에 맞게 조정할 수 있습니다. 배율만 조정하면 됩니다."라고 Joshi가 말했습니다. 잠재적인 응용 프로그램에는 정보 처리, 양자 키 배포, 양자 감지 등이 포함됩니다.

현재로서는 작업이 광섬유로 수행되지만 실험실에서는 언젠가 시간 렌즈를 전자 칩과 같은 통합 광자 칩에 통합하고 시스템을 칩의 많은 장치로 확장하여 많은 광자를 동시에 처리할 수 있기를 희망하고 있습니다.