A conversão de frequência quântica, crucial para uma Internet quântica global, está sendo avançada pelo projeto HiFi, que aborda incompatibilidades de comprimento de onda e estabiliza as comunicações quânticas. Crédito: SciTechDaily.com
Fraunhofer IAF atinge potência de saída recorde com VECSEL para conversores de frequência quânticos.
A expansão da fibra óptica está a progredir em todo o mundo, o que não só aumenta a largura de banda das ligações convencionais à Internet, mas também aproxima a realização de uma Internet quântica global. A Internet quântica pode ajudar a explorar plenamente o potencial de certas tecnologias. Estes incluem muito mais poderososComputação quântica
Realização de computação usando fenômenos da mecânica quântica, como superposição e emaranhamento.
" dados-gt-translate-attributes="[{["atributo":"data-cmtooltip", "formatar":"HTML"]" tabindex="0" role="link">computação quântica através da ligação de processadores e registos quânticos, comunicação mais segura através da distribuição de chaves quânticas ou medições de tempo mais precisas através da sincronização de relógios atómicos.
No entanto, as diferenças entre o padrão de fibra de vidro de 1550 nm e os comprimentos de onda do sistema dos vários bits quânticos (qubits) realizados até o momento representam um obstáculo, porque esses qubits estão principalmente na faixa espectral do visível ou do infravermelho próximo. Os pesquisadores querem superar esse obstáculo com a ajuda da conversão quântica de frequência, que pode alterar especificamente as frequências dos fótons, mantendo todas as outras propriedades quânticas. Isso permite a conversão para a faixa de telecomunicações de 1550 nm para transmissão de estados quânticos de longo alcance e baixa perda.
Configuração VECSEL para o desenvolvimento de uma fonte de bomba de baixo ruído para conversão quântica de frequência. Crédito: © Fraunhofer IAF
Projeto HiFi: Habilitando tecnologias para conversão de frequência quântica
No projeto conjunto “HiFi — Conversor de frequência quântica altamente integrado de alta fidelidade baseado em tecnologia inovadora de laser, fibra e produção” financiado pelo Ministério Federal Alemão de Educação e Pesquisa (BMBF), os pesquisadores estão trabalhando na realização de todas as tecnologias necessárias para fornecer conversores de frequência quântica (QFK) com alta eficiência e baixo ruído para trilhas de teste iniciais. O Instituto Fraunhofer de Física Aplicada do Estado Sólido IAF contribuiu para o projeto com o desenvolvimento bem-sucedido de lasers de disco (também conhecidos como lasers emissores de superfície de cavidade vertical externa, VECSELs) baseados em antimoneto de gálio (GaSb). Estes são lasers semicondutores emissores de superfície, bombeados opticamente, com um ressonador externo e filtro intracavitário para seleção de comprimento de onda.
Módulo VECSEL monomodo com potência de saída de até 2,4 W para a faixa de frequência entre 1,9 e 2,5 µm, desenvolvido como fonte de bomba para conversores de frequência quânticos. Crédito: © Fraunhofer IAF
Potência de saída de 2,4 W com estabilidade absoluta de frequência abaixo de 100 kHz
“Os VECSELs que desenvolvemos como parte do HiFi são fontes de bomba espectralmente de banda estreita que, dependendo do comprimento de onda de saída dos qubits usados, cobrem especificamente um comprimento de onda entre 1,9 e 2,5 µm e atingem uma potência de saída de até 2,4 W com uma potência absoluta. estabilidade de comprimento de onda inferior a 2 fm. Isto corresponde a uma estabilidade de frequência inferior a 100 kHz e cai claramente abaixo da classe de estabilidade de frequência 1E-9. O resultado representa um recorde internacional para este tipo de laser”, explica o Dr. Marcel Rattunde, coordenador do subprojeto HiFi e chefe do departamento de optoeletrônica da Fraunhofer IAF. “O resultado foi possível graças à estreita cooperação com o parceiro do projeto MENLO Systems GmbH. Juntos, travamos o disco laser em um pente de frequência, que por sua vez foi acoplado a uma referência de 10 MHz”, enfatiza Rattunde. Em seus experimentos, os pesquisadores definiram o comprimento de onda de emissão exatamente no comprimento de onda alvo para experimentos de demonstração no link de fibra da Universidade de Saarland (2.062,40 nm), para a qual Fraunhofer IAF entregou o módulo de laser. Além do escalonamento de potência, as tarefas de pesquisa mais importantes do Fraunhofer IAF no projeto HiFi são a compreensão precisa do comportamento do modo dos lasers e a identificação e eliminação de fontes de ruído.Conversão de frequência quântica usando lasers de bomba
Na conversão quântica de frequência, a energia da bombafóton
Um fóton é uma partícula de luz. É a unidade básica da luz e de outras radiações eletromagnéticas e é responsável pela força eletromagnética, uma das quatro forças fundamentais da natureza. Os fótons não têm massa, mas têm energia e momento. Eles viajam à velocidade da luz no vácuo e podem ter diferentes comprimentos de onda, que correspondem a diferentes cores de luz. Os fótons também podem ter energias diferentes, que correspondem a diferentes frequências de luz.
" dados-gt-translate-attributes="[{["atributo":"data-cmtooltip", "formatar":"HTML"]" tabindex="0" role="link">fóton é subtraído do fóton de sinal por um processo de diferença de frequência em um cristal óptico não linear. Para garantir um processo de baixo ruído, a energia dos fótons da bomba deve estar abaixo do comprimento de onda alvo (geralmente 1550 nm), caso contrário, o laser da bomba pode gerar fótons no sinal de saída devido a efeitos parasitas.
Em combinação com o pente de frequência MENLO, os VECSELs desenvolvidos no Fraunhofer IAF atendem aos altos requisitos de conversão de frequência quântica, pois sua largura de banda estreita e estabilidade de comprimento de onda evitam flutuações no comprimento de onda da bomba e, consequentemente, mudanças no comprimento de onda alvo dos qubits. Se houver um desvio acima da largura de linha natural, os qubits não seriam mais indistinguíveis, o que eliminaria um requisito básico para o processamento mecânico quântico subsequente.
