По всему миру продолжается распространение оптических волокон, что не только повышает пропускную способность обычных интернет-соединений, но и приближает реализацию глобальной квантовой сети. Это открывает новые возможности для раскрытия потенциала различных технологий, таких как более мощные квантовые вычисления, более безопасная связь и более точные измерения времени.
Однако различия между стандартными длинами волн оптоволоконного стекла и системными длинами волн квантовых битов представляют собой проблему из-за их спектральных характеристик. Исследователи стремятся преодолеть это, используя квантовое преобразование частоты, чтобы сделать возможной передачу квантовых состояний на большие расстояния с минимальными потерями.
В рамках проекта "HiFi — Высокоинтегрированный квантовый преобразователь частоты высокого качества на основе инновационных лазерных, оптоволоконных и производственных технологий", финансируемого Федеральным министерством образования и исследований Германии (BMBF), исследователи работают над разработкой технологий для создания квантовых преобразователей частоты (QFK) с высокой эффективностью и низким уровнем шума. Институт прикладной физики твердого тела Фраунгофера (IAF) разработал дисковые лазеры (или лазеры с поверхностным излучением с вертикальным внешним резонатором, VECSEL) на основе антимонида галлия (GaSb), обеспечивая стабильность и точность необходимые для таких приложений.
Доктор Марсель Раттунде, координатор подпроекта HiFi и руководитель отдела оптоэлектроники Fraunhofer IAF, объясняет:
Dовые VECSEL, созданные в рамках проекта HiFi, обеспечивают узкополосные источники накачки, которые охватывают диапазон длин волн от 1,9 до 2,5 мкм, с выходной мощностью до 2,4 Вт и стабильностью длины волны менее 2 Фм. Это международный рекорд для этого типа лазеров.
Этот результат стал возможен благодаря сотрудничеству с партнером проекта MENLO Systems GmbH. Мы смогли синхронизировать дисковый лазер с частотной гребенкой, что обеспечило стабильность и точность необходимые для процессов квантового преобразования частоты.
В ходе экспериментов исследователи настроили длину волны лазера точно на нужную длину для тестов на оптоволоконной линии Саарского университета (2062,40 нм). Помимо увеличения мощности, основные задачи Fraunhofer IAF включают понимание и управление режимами работы лазеров, а также идентификацию и устранение источников шума.
При квантовом преобразовании частоты энергия фотонов накачки переносится на сигнальные фотоны через процесс разностной частоты в нелинейном оптическом кристалле. Для минимизации шума энергия фотонов накачки должна быть ниже целевой длины волны (обычно 1550 нм), чтобы избежать генерации нежелательных фотонов в выходном сигнале.
Сочетание VECSEL от Fraunhofer IAF с частотной гребенкой MENLO отвечает высоким требованиям квантового преобразования частоты благодаря их узкой полосе пропускания и стабильности длины волны, что предотвращает изменения в длине волны накачки и обеспечивает стабильность длины волны кубитов, необходимую для квантовой обработки информации.
