Telecomunicazioni

Funzionalità del 31 luglio 2023

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di Thamarasee Jeewandara, Phys.org

La memoria quantistica che dipende dall’integrazione della banda quantistica è un elemento fondamentale utilizzato per sviluppare reti quantistiche compatibili con le infrastrutture di comunicazione in fibra. Gli ingegneri quantistici e gli specialisti IT devono ancora creare una rete di questo tipo con una grande capacità per formare una memoria quantistica fotonica multimodale integrata nella banda delle telecomunicazioni.

In un nuovo rapporto su Science Advances, Xueying Zhang e un gruppo di ricerca in scienze elettroniche, fisica e tecnologia dell'informazione hanno descritto la memorizzazione multimodale integrata in fibra di un singolo fotone nella banda delle telecomunicazioni su un chip scritto al laser.

Il dispositivo di archiviazione realizzato in niobato di litio drogato con erbio (Er3+) a spirale in fibra (Er3+:LiNbO3), presentava un sistema di memoria integrato con componenti su chip integrati in fibra della banda di telecomunicazioni. I risultati dello studio evidenziano un percorso per la realizzazione delle future reti quantistiche, basate su dispositivi fotonici integrati.

Gli stati quantistici della luce possono essere mappati in modo reversibile sulla materia per creare memorie quantistiche fotoniche, ideali per la comunicazione quantistica a lunga distanza attraverso reti quantistiche distribuite.

I fisici hanno integrato dispositivi di memoria quantistica fotonica basati su guida d'onda ottica con altri dispositivi quantistici integrati come sorgenti di luce quantistica, circuiti fotonici e rilevatori di fotone singolo per progettare architetture quantistiche multifunzionali interconnesse. In questo lavoro, Zhang et al. ha sviluppato un dispositivo di archiviazione multimodale integrato nella banda delle telecomunicazioni in una guida d'onda basata su niobato di litio.

Hanno progettato la guida d'onda scritta al laser con microlavorazione laser a femtosecondi direttamente accoppiata a un codino in fibra monomodale utilizzando un collimatore ottico su entrambi i lati della configurazione per facilitare la compatibilità con il sistema di comunicazione in fibra.

Il team ha sviluppato un sistema di memoria quantistica su chip utilizzando un protocollo a pettine di frequenza atomica. L’integrazione di un pettine di frequenza atomica di 4 GHz ha permesso al team di realizzare sperimentalmente un sistema di archiviazione quantistica multimodale, aprendo la strada alla formazione di reti quantistiche integrate con memoria compatibile con l’infrastruttura di comunicazione in fibra.

Zhang et al. ha progettato un dispositivo di memorizzazione utilizzando una guida d'onda di tipo III fabbricata in un wafer di cristallo di niobato di litio drogato con erbio utilizzando la microlavorazione laser a femtosecondi.

Il cristallo sfuso del materiale manteneva una concentrazione di ioni droganti a una percentuale minima e consentiva l'accoppiamento tra guide d'onda scritte al laser e fibre monomodali. Gli scienziati hanno incollato il cristallo di niobato di litio drogato su un dissipatore di calore in rame con due collimatori ottici con trecce di fibra monomodale.

Hanno posizionato il dispositivo integrato in fibra in un frigorifero a diluizione e hanno osservato una frequenza di trasmissione ottica totale del 26% attraverso l’intera configurazione criogenica.

Gli esperimenti di archiviazione multimodale consistevano nel generare singoli fotoni per preparare il sistema di memoria e misurazione quantistica basato su pettine di frequenza atomica. Il team ha generato coppie di fotoni correlati mediante generazione a cascata della seconda armonica e processi di conversione parametrica spontanei nel modulo della guida d'onda di niobato di litio pompato da una serie di impulsi luminosi.

Per l'archiviazione monomodale, il team ha utilizzato un impulso laser singolo con una durata di 300 picosecondi. Gli scienziati hanno rilevato i fotoni nella configurazione tramite rilevatori di fotoni singoli nanofili superconduttori. Zhang et al. analizzato i segnali di rilevamento di questo strumento utilizzando un convertitore tempo-digitale.