Peneliti Rochester membuat rekor ‘ultrabroadband’ dengan foton terjerat – Majalah Time.com

Para insinyur telah mencapai bandwidth dan kecerahan yang belum pernah terjadi sebelumnya pada perangkat nanofotonik berukuran chip.

Keterikatan kuantum—atau apa yang pernah disebut Albert Einstein sebagai “aksi seram di kejauhan”— terjadi ketika dua partikel kuantum terhubung satu sama lain, bahkan ketika terpisah jutaan mil. Setiap pengamatan dari satu partikel mempengaruhi yang lain seolah-olah mereka berkomunikasi satu sama lain. Ketika keterjeratan ini melibatkan foton, kemungkinan menarik muncul, termasuk menjerat frekuensi foton, yang bandwidthnya dapat dikontrol.

Para peneliti di Universitas Rochester telah memanfaatkan fenomena ini untuk menghasilkan bandwidth yang sangat besar dengan menggunakan perangkat nanofotonik film tipis yang mereka gambarkan di Surat Tinjauan Fisik.

Terobosan tersebut dapat menyebabkan:

• Sensitivitas dan resolusi yang ditingkatkan untuk eksperimen dalam metrologi dan penginderaan, termasuk spektroskopi, mikroskop nonlinier, dan tomografi koherensi optik kuantum
• Pengkodean informasi dimensi yang lebih tinggi dalam jaringan kuantum untuk pemrosesan informasi dan komunikasi

“Pekerjaan ini merupakan lompatan besar ke depan dalam menghasilkan belitan kuantum ultrabroadband pada chip nanofotonik,” kata Qiang Lin, profesor dari teknik listrik dan komputer. “Dan ini menunjukkan kekuatan nanoteknologi untuk mengembangkan perangkat kuantum masa depan untuk komunikasi, komputasi, dan penginderaan,”

Tidak ada lagi tradeoff antara bandwidth dan kecerahan

Sampai saat ini, sebagian besar perangkat yang digunakan untuk menghasilkan keterikatan broadband cahaya telah terpaksa membagi kristal massal menjadi bagian-bagian kecil, masing-masing dengan sifat optik yang sedikit berbeda dan masing-masing menghasilkan frekuensi yang berbeda dari pasangan foton. Frekuensi kemudian ditambahkan bersama-sama untuk memberikan bandwidth yang lebih besar.

“Ini sangat tidak efisien dan mengakibatkan berkurangnya kecerahan dan kemurnian foton,” kata penulis utama Usman Javid, seorang mahasiswa PhD di lab Lin. Di perangkat tersebut, “akan selalu ada tradeoff antara bandwidth dan kecerahan pasangan foton yang dihasilkan, dan seseorang harus membuat pilihan di antara keduanya. Kami telah sepenuhnya menghindari tradeoff ini dengan teknik rekayasa dispersi kami untuk mendapatkan keduanya: bandwidth rekor tertinggi pada kecerahan rekor tinggi.”

Perangkat nanophotonic lithium niobate film tipis yang dibuat oleh lab Lin menggunakan pandu gelombang tunggal dengan elektroda di kedua sisinya. Sementara perangkat massal bisa berukuran milimeter, perangkat film tipis memiliki ketebalan 600 nanometer — lebih dari satu juta kali lebih kecil di area penampang daripada kristal massal, menurut Javid. Hal ini membuat propagasi cahaya sangat sensitif terhadap dimensi pandu gelombang.

Memang, bahkan variasi beberapa nanometer dapat menyebabkan perubahan signifikan pada fase dan kecepatan grup cahaya yang merambat melaluinya. Akibatnya, perangkat film tipis para peneliti memungkinkan kontrol yang tepat atas bandwidth di mana proses pasangan-generasi adalah momentum-cocok. “Kami kemudian dapat memecahkan masalah optimasi parameter untuk menemukan geometri yang memaksimalkan bandwidth ini,” kata Javid.

Perangkat siap untuk digunakan dalam eksperimen, tetapi hanya dalam pengaturan lab, kata Javid. Agar dapat digunakan secara komersial, diperlukan proses fabrikasi yang lebih efisien dan hemat biaya. Dan meskipun lithium niobate adalah bahan penting untuk teknologi berbasis cahaya, fabrikasi lithium niobate “masih dalam masa pertumbuhan, dan akan membutuhkan waktu untuk cukup matang untuk masuk akal secara finansial,” katanya.

Sumber: Universitas Rochester