Изменение цвета фотона или изменение его частоты необходимо для оптимального связывания компонентов в квантовой сети. Например, в оптической квантовой связи лучшая передача через оптическое волокно — это ближний инфракрасный свет, но многие из датчиков, которые их измеряют, работают намного лучше для видимого света, который имеет более высокую частоту.
Возможность смены цвета фотона между волокном и датчиком обеспечивает более высокую производительность, в том числе большую скорость передачи данных.Исследование, опубликованное в Nature Communications, продемонстрировало небольшие сдвиги частоты, которые полезны для протокола связи, известного как мультиплексирование с разделением по длине волны. Это используется сегодня, когда отправителю необходимо передать большие объемы информации через передачу, поэтому сигнал разбивается на более мелкие пакеты с немного разными частотами и отправляется вместе. Затем информация организована на другом конце на основе этих частот.
В экспериментах, проведенных в NRC, исследователи продемонстрировали преобразование как частоты, так и полосы пропускания одиночных фотонов с использованием квантовой памяти алмаза при комнатной температуре.«Первоначально существовала мысль, что вы просто остановите фотон, сохраните его на некоторое время и получите обратно.
Тот факт, что мы можем манипулировать им одновременно, захватывает», — сказал Кент Фишер, аспирант Института Квантовые вычисления и с Департаментом физики и астрономии в Ватерлоо. «Эти открытия могут открыть дверь и для других применений квантовой памяти».Квантовая память алмаза работает путем преобразования фотона в определенную вибрацию атомов углерода в алмазе, называемую фононом. Это преобразование работает для многих разных цветов света, позволяя манипулировать широким спектром света. Энергетическая структура алмаза позволяет это происходить при комнатной температуре с очень низким уровнем шума.
Исследователи использовали сильные лазерные импульсы для сохранения и извлечения фотона. Управляя цветами этих лазерных импульсов, исследователи контролировали цвет извлеченного фотона.
«Хрупкость квантовых систем означает, что вы всегда работаете на время», — заметил Дункан Инглэнд, исследователь из NRC. «Интересный шаг, который мы показали здесь, заключается в том, что, используя чрезвычайно короткие импульсы света, мы можем опережать время и поддерживать квантовые характеристики».Интегрированная платформа для хранения фотонов и спектрального преобразования может использоваться для частотного мультиплексирования в квантовой связи, а также для создания очень большого запутанного состояния — так называемого состояния кластера. Исследователи заинтересованы в использовании состояний кластера в качестве ресурса для квантовых вычислений, полностью основанного на измерениях.
«Канада является мощным центром квантовых исследований и технологий. Эта работа является еще одним примером того, чего могут достичь партнеры по всей стране, используя свой совместный опыт для создания технологий следующего поколения», — отметил Бен Суссман, руководитель программы NRC Quantum Photonics. .