המרת תדר קוונטי, חיונית לאינטרנט קוונטי עולמי, מתקדמת על ידי פרויקט HiFi, המתמודד עם אי התאמה של אורכי גל ומייצב תקשורת קוונטית. קרדיט: twoday.co.il.com
Fraunhofer IAF משיג שיא הספק פלט עם VECSEL עבור ממירי תדר קוונטי.
הרחבת הסיבים האופטיים מתקדמת ברחבי העולם, מה שלא רק מגדיל את רוחב הפס של חיבורי האינטרנט הקונבנציונליים, אלא גם מקרב את מימושו של אינטרנט קוונטי עולמי. האינטרנט הקוונטי יכול לעזור לנצל במלואו את הפוטנציאל של טכנולוגיות מסוימות. אלה כוללים הרבה יותר חזקים מחשוב קוונטי באמצעות קישור של מעבדים קוונטיים ואוגרים, תקשורת מאובטחת יותר באמצעות הפצת מפתחות קוונטיים או מדידות זמן מדויקות יותר באמצעות סנכרון של שעונים אטומיים.
עם זאת, ההבדלים בין תקן סיבי הזכוכית של 1550 ננומטר ואורכי גל המערכת של הסיביות הקוונטיות השונות (קיוביטים) שהושגו עד כה מייצגים מכשול, מכיוון שהקיוביטים הללו נמצאים לרוב בטווח הספקטרלי הנראה או הקרוב לאינפרא אדום. חוקרים רוצים להתגבר על מכשול זה בעזרת המרת תדר קוונטי, שיכולה לשנות באופן ספציפי את התדרים של פוטונים תוך שמירה על כל שאר התכונות הקוונטיות. זה מאפשר המרה לטווח הטלקום של 1550 ננומטר עבור שידור נמוך וארוך טווח של מצבים קוונטיים.
מערך VECSEL לפיתוח מקור משאבה בעל רעש נמוך להמרת תדר קוונטי. קרדיט: © Fraunhofer IAF
Project HiFi: טכנולוגיות המאפשרות המרת תדרים קוונטיים
בפרויקט המשותף "HiFi – ממיר תדר קוונטי משולב ברמת הנאמנות הגבוהה ביותר המבוסס על טכנולוגיות לייזר, סיבים וייצור חדשניות" במימון משרד החינוך והמחקר הפדרלי של גרמניה (BMBF), חוקרים עובדים על מימוש כל הטכנולוגיות הנדרשות לספק ממירי תדר קוונטי (QFK) עם יעילות גבוהה ורעש נמוך עבור מסלולי בדיקה ראשוניים. מכון Fraunhofer for Applied Solid State Physics IAF תרם לפרויקט בפיתוח מוצלח של לייזרים דיסקים (הידועים גם כלייזרים פולטי משטח אנכיים-חיצוניים, VECSELs) המבוססים על אנטימוניד גליום (GaSb). אלו הם לייזרים מוליכים למחצה נשאבים אופטית הפולטות משטח עם מהוד חיצוני ומסנן תוך חלל לבחירת אורך גל.
מודול VECSEL חד מצב עם הספק מוצא של עד 2.4W לטווח התדרים שבין 1.9 ל-2.5 מיקרומטר, שפותח כמקור משאבה לממירי תדר קוונטיים. קרדיט: © Fraunhofer IAF
הספק פלט של 2.4 וואט עם יציבות תדר מוחלטת מתחת ל-100 קילו-הרץ
"ה-VECSELs שפיתחנו כחלק מ-HiFi הם מקורות משאבה צר פס ספקטרלית, אשר בהתאם לאורך הגל הפלט של הקיוביטים המשמשים, מכסים באופן ספציפי אורך גל בין 1.9 ל-2.5 מיקרומטר ומשיגים הספק מוצא של עד 2.4 וואט עם הספק מוחלט. יציבות אורך גל של פחות מ-2 fm. זה מתאים ליציבות תדר של פחות מ-100 קילו-הרץ ונופל בבירור מתחת לדרגת יציבות התדר 1E-9. התוצאה מייצגת שיא בינלאומי עבור סוג זה של לייזר", מסביר ד"ר מרסל רטונדה, רכז תת-פרויקט HiFi וראש מחלקת האלקטרוניקה האופטו ב-Fraunhofer IAF.
"התוצאה התאפשרה בזכות שיתוף הפעולה ההדוק עם שותפת הפרויקט MENLO Systems GmbH. יחד, נעלנו את לייזר הדיסק למסרק תדרים, שבתורו היה מחובר להתייחסות של 10 מגה-הרץ", מדגיש Rattunde.
בניסויים שלהם, החוקרים הגדירו את אורך גל הפליטה בדיוק לאורך הגל היעד עבור ניסויי הדגמה בקישור הסיבים של אוניברסיטת Saarland (2062.40 ננומטר), שאליו העביר Fraunhofer IAF את מודול הלייזר. בנוסף לקנה מידה כוח, משימות המחקר החשובות ביותר של Fraunhofer IAF בפרויקט HiFi הן ההבנה המדויקת של התנהגות המצב של הלייזרים וזיהוי וביטול מקורות רעש.
המרת תדר קוונטי באמצעות לייזר משאבה
בהמרת תדר קוונטי, האנרגיה של המשאבה פוטון מופחת מהפוטון האות על ידי תהליך הבדל בתדר בגביש אופטי לא ליניארי. כדי להבטיח תהליך רעש נמוך, האנרגיה של פוטוני המשאבה חייבת להיות מתחת לאורך הגל היעד (בדרך כלל 1550 ננומטר), אחרת לייזר המשאבה יכול ליצור פוטונים באות המוצא עקב השפעות טפיליות.
בשילוב עם מסרק התדרים של MENLO, ה-VECSELs שפותחו ב-Fraunhofer IAF עומדים בדרישות הגבוהות של המרת תדר קוונטי, שכן רוחב הפס ויציבות אורך הגל הצרים שלהם מונעים תנודות באורך גל המשאבה וכתוצאה מכך שינויים באורך גל המטרה של הקיוביטים. אם יש סטייה מעל רוחב הקו הטבעי, הקיוביטים כבר לא יהיו ניתנים להפרדה, מה שיבטל דרישה בסיסית לעיבוד קוונטי לאחר מכן.
