פוטוניקה קוונטית עם מכשירים מדויקים ואופטיקה
מחבר: בריאן נג - מנהל שיווק
פורסם ב:
נערך לאחרונה:
פוטוניקה קוונטית משנה את האופן שבו מידע מעובד, מועבר ונמדד, אך התקדמותה תלויה לחלוטין ביכולת לעצב ולייצב אור ברמה הקוונטית. השגת מטרה זו דורשת דיוק אופטי יוצא דופן, בקרת פאזה וטוהר ספקטרלי.
Wavelength Opto-Electronic מעצים tהדור החדש של טכנולוגיות קוונטיות על ידי אספקת יסודות אופטיים מהונדסים בקפידה, כולל עדשות ברמת דיוק גבוהה ו אופטיקה אובייקטיבית עבור העברת קרן קוהרנטית, פתרונות עיצוב וסינון קרן לשימור איכות הפוטון, ורכיבי אפנון מתקדמים המאפשרים מניפולציה מהירה של מצב קוונטי. אלה משלימים על ידי מקורות לייזר החל מ- HÜBNER Photonics ו פתרונות ייחוס תדרים מבית Menlo Systems, המספק את הנאמנות הספקטרלית הנדרשת למעברים אטומיים, פעולות שזירה וקישורי תקשורת קוונטית מאובטחים.
תמיכה הן במחקר מעבדתי והן בפריסה ברמת הנדסה, Wavelength Opto-Electronic מגשר על הפער בין גילוי ניסיוני לפלטפורמות ניתנות להרחבה. בין אם מפתחים מעגלים פוטוניים משולבים, מערכות אטום קר, רשתות QKD או מכשירי חישה קוונטית, שותפים נהנים ממומחיות יישומים מעמיקה, שיתוף פעולה בתכנון ואופטימיזציה ברמת המערכת.
עם משימה להאיץ חדשנות קוונטית, אנו משתפים פעולה באופן פעיל עם אוניברסיטאות, מעבדות לאומיות, אינטגרטורים של מערכות, יצרני פוטוניקה וסטארט-אפים קוונטיים מתפתחים. יחד, אנו מאפשרים שליטה אמינה בפוטון בודד כיום - ובונים את התשתית האופטית שתתמוך בפריסה קוונטית בקנה מידה גדול של מחר.
1. מהי פוטוניקה קוונטית?
פוטוניקה קוונטית היא חקר ויישום של פוטונים לשליטה בתופעות קוונטיות כגון:
| קונספט קוונטי | הסבר | למה פוטוניקה? |
|---|---|---|
| חֲפִיפָה | פוטונים קיימים במספר מצבים בו זמנית | מאפשר לוגיקה של מחשוב קוונטי |
| הסתבכות | שני פוטונים מקושרים זה לזה באופן מהותי | תקשורת מאובטחת |
| התערבות | פוטונים מקיימים אינטראקציה ויוצרים דפוסים קוונטיים | עיבוד אותות פוטוני |
| מנהרות | פוטונים עוברים דרך מחסומים | חישה והדמיה קוונטית |
בניגוד לאלקטרונים, פוטונים מקיימים אינטראקציה מינימלית מאוד עם סביבתם, מה שאומר שהם שומרים על קוהרנטיות (דיוק מצב קוונטי) למשך משכי זמן ארוכים יותר - חיוני בתקשורת קוונטית ובמחשוב.
1.1 מדוע פוטוניקה אידיאלית עבור קוונטים
פוטוניקה מתאימה באופן ייחודי לטכנולוגיות קוונטיות משום שאור נע במהירות האור, מה שמאפשר עיבוד והעברת מידע מהירים ביותר עם השהייה מינימלית. פוטונים מפגינים אינטראקציה נמוכה מאוד עם סביבתם, מה שעוזר לשמר מצבים קוונטיים לאורך מרחקים ומשכי זמן ארוכים. ניתן לנתב אותם ביעילות דרך רשתות סיבים אופטיים מבוססות, מה שהופך אותם לתואמים באופן טבעי לתשתיות תקשורת קיימות. בנוסף, פוטוניקה תומכת הן בתצורות של מרחב חופשי והן בפלטפורמות פוטוניקה משולבות, ומספקת גמישות למגוון רחב של יישומים קוונטיים, החל מניסויי מעבדה ועד מערכות מסחריות ניתנות להרחבה.
2. יישומי פוטוניקה קוונטית
2.1 מחשוב קוונטי
במחשוב קוונטי פוטוני, פוטונים פועלים כקיוביטים, נושאים ומעבדים מידע קוונטי. השגת פעולות קוונטיות אמינות דורשת שליטה מעולה על תדירות האור, הפאזה וההתפשטות שלו. אופטיקה מדויקת במיוחד מאפשרת מניפולציה של נתיבי פוטונים ודפוסי הפרעות הנחוצים לפעולות לוגיקה קוונטית, בעוד שמקורות אופטיים יציבים במיוחד שומרים על קוהרנטיות על פני מעגלים מורכבים. שליטה מדויקת כזו מאפשרת יצירת רשתות מרובות קיוביטים ניתנות להרחבה, המסוגלות לפתור בעיות מעבר להישג ידם של מחשבים קלאסיים.
2.2 תקשורת קוונטית והצפנה
תקשורת קוונטית ממנפת את תכונות האור כדי להעביר מידע בצורה מאובטחת. על ידי קידוד מפתחות הצפנה במצבים הקוונטיים של פוטונים, כל ניסיון יירוט מפריע למערכת, ומבטיח שניתן יהיה לזהות את האזנת הסתר. בקרת פאזה ומקורות אור יציבים בתדר מאפשרים להכין, להעביר ולמדוד מצבים קוונטיים אלה עם שיעורי שגיאה נמוכים ביותר, ויוצרים את עמוד השדרה של רשתות תקשורת מאובטחות ומערכות קריפטוגרפיות מהדור הבא.
2.3 חישה קוונטית ומטרולוגיה
חיישנים קוונטיים מנצלים את הרגישות הקיצונית של מצבים קוונטיים כדי למדוד תופעות פיזיקליות בדיוק חסר תקדים. שדות אופטיים מבוקרים ואור יציב בתדר מאפשרים זיהוי של שינויים זעירים בכוחות כבידה, שדות מגנטיים ומבנים מולקולריים. עדשות אופטיות איכותיות ועיצוב קרן מדויק משפרים את האינטראקציה בין פוטונים למערכת הנמדדת, ומאפשרים מדידות מדויקות במיוחד של תזמון, תדר ומרחב. יכולות אלו קריטיות ליישומים בניווט, ספקטרוסקופיה ומחקר פיזיקה בסיסית.
2.4 דימות קוונטי ומיקרוסקופיה
על ידי ניצול קורלציות קוונטיות באור, אופטיקה מדויקת מאפשרת הדמיה מעבר למגבלות הרזולוציה הקלאסיות ועם עוצמות אור נמוכות יותר. זה מאפשר אפיון מפורט של מבנים עדינים או בקנה מידה ננומטרי תוך מזעור נזק לדגימות. תאורה יציבה בתדר משפרת את העקביות וחזרתיות המדידות, חיוניות למיקרוסקופיה מתקדמת, בדיקת חומרים ובקרת איכות של מוליכים למחצה.
2.5 תקני שמירת זמן ותדר משופרים קוונטית
מקורות אופטיים מדויקים ושדות אור בעלי ייחוס תדר הם מרכזיים לשמירת זמן מדויקת במיוחד. מערכות פוטוניות מספקות את היציבות הדרושה לשעונים אופטיים ולסנכרון בין רשתות מבוזרות. יכולות כאלה משפרות מערכות ניווט, רשתות תקשורת במהירות גבוהה וניסויים מדעיים שבהם תזמון ונאמנות תדר הם קריטיים.
3. פתרונות מוצר של Menlo Systems לפוטוניקה קוונטית
טכנולוגיות קוונטיות מחוללות מהפכה בתעשיות על ידי מינוף הדיוק והכוח החישובי חסרי התקדים של מכניקת הקוונטים. זה הופך אותן להכרחיות להתמודדות עם אתגרים גלובליים מורכבים כמו מחשוב קוונטי, חישה מדויקת במיוחד ותקשורת מאובטחת. רבים מהיישומים הללו דורשים אור לייזר המיוצא מיוצב פאזה לפי מסרקי תדר אופטיים.
כמפיץ של Menlo Systems בדרום מזרח אסיה, Wavelength Opto-Electronic מספק את המובילים בתעשייה מסרק תדרים אופטי, מערכת אולטרה-יציבה, ומחולל מיקרוגל אולטרה-יציב, "תוצרת גרמניה", אלמנט קריטי בבקרה קוונטית, מטרולוגיה וניתוח ספקטרלי.
3.1 מערכות מנלו FC1500-קוונטום
ה- FC1500-Quantum מספק מסרק תדרים בעל רעש נמוך מעולה ואור CW על פני טווח תדרים רחב במערכת המותקנת במלואו בארון תקשורת. זהו פתרון הכל-באחד מבוסס מסרק תדרים אולטרה-יציב עבור יישום Quantum 2.0 שלך. בין אם אתה בונה מחשב קוונטי מבוסס יונים/אטומים ניטרליים, שעון אופטי קוונטי או ניסוי אינטרפרומטריה של אטומים, Menlo מתאימה את המערכת שלך בהתאם לדרישות שלך ומספקת את המנוע האופטי להפעלת ניסויי הפיזיקה שלך. המערכת מורכבת מלייזר בעל חלל יציב במיוחד עם רוחב קו תת-הרץ מסדרת מערכת הייחוס האופטית (ORS) של Menlo, מסרק תדרים אופטי בעל רעש נמוך במיוחד (FC1500-ULN או SmartComb), ולייזרי CW רבים ככל הנדרש לניסוי שלך.
טכנולוגיות המסרק הייחודיות והפטנטיות של Menlo מאפשרות העברת טוהר ספקטרלי, רוחב קו צר ויציבות גבוהה של ה-ORS לאורך כל ספקטרום המסרק, ומאפשרות חלוקה כלפי מטה לתחום RF ללא כל אובדן של קוהרנטיות פאזה. העברת הטוהר היא עתידית, כאשר רעש הפאזה השיורי של המסרק נמוך בסדרי גודל מהיעד האופטי הגבוה ביותר שהוכח עד כה. תכונות אלו מאפשרות מזעור של אפקט דיק בשעונים אופטיים, קוהרנטיות פאזה גבוהה כדי למקסם את נאמנות הקיוביטים האופטיים והמיקרוגליים, ולבסוף, פעולת לייזר ללא החלקה מחזורית ומפוצה על ידי סחיפה 24/7. ה-FC1500-Quantum מוכן לאפשר ולשפר את יישום הקוונטים המתקדם שלך.
3.2 Menlo Systems SmartComb-ULN
Menlo Systems מציגה את הפלטפורמה החדשה ביותר שלה למטרולוגיה: SmartComb-ULN , מערכת מסרק תדרים קומפקטית, חזקה, יוקרתית ואוטומטית לחלוטין. מכשיר מוכן לשימוש, הכל-באחד, שנבנה בטכנולוגיית מתנד נעילת מצב סיבים מסוג figure 9® של Menlo Systems, משלב את הביצועים חסרי התחרות של מסרק התדרים בעל רעש נמוך במיוחד (ULN) שלנו עם גורם צורה קומפקטי של 3 יחידות גובה בלבד (3U) בפורמט מתלה בגודל 19 אינץ'. 6 יציאות פלט זמינות בקלות לאינטראקציה ישירה עם היישום שלך בפס Er או עם הרחבות ומגברים ספקטרליים מסוג seed, המאפשרים ניסויים בטווח הספקטרלי של 500 ננומטר עד 2100 ננומטר. כלול גם יציאת קלט לנעילה אופטית ב-1.5 מיקרומטר.
ה-SmartComb-ULN מבטיח שמירה על טוהר ויציבות ספקטרליים בכל תחום הספקטרלי המכוסה, מה שהופך אותו לאידיאלי לשימוש הן ביישומים ניידים והן ביישומים נייחים, ובכך מספק ביצועים אמינים עבור מגוון רחב של תרחישים. יתר על כן, הטכנולוגיה הבסיסית כבר הוכחה כמתאימה ליישומים בסביבות תובעניות כגון מטוסים וטילי בדיקה.
| SmartComb-ULN | ||||
| ריווח מצב מסרק | 250 מגהרץ (אחרים לפי בקשה) | |||
| מרכז גל | 1560 ננומטר | |||
| כוח ממוצע | > 10 מיליוואט | |||
| רוחב ספקטרלי @ 1560 ננומטר | > 25 ננומטר (FWHM) ו- > 50 ננומטר (-10 dB) | |||
| יציבות* (MDEV) | מנעול ייחוס אופטי | | נעילת ייחוס RF | |
| ב-1 שניות | < 5 × 10-17 | < 5 × 10-18 (+) | < 5 × 10-18 ** | < 1 × 10-13 |
| ב-1000 שניות | < 5 × 10-18 | < 5 × 10-21 ** | < 5 × 10-15 | |
| דיוק* | מנעול ייחוס אופטי | | נעילת ייחוס RF | |
| τ > 100 שניות | < 1 × 10-17 | < 1 × 10−18 (+) | < 1 × 10-14 | |
| רעש פאזה משולב* [100 הרץ – 2 מגהרץ] | < 100 מראד | < 65 מראד (+) | < 50 מראד** | |
| טווח כוונון של מרווח מצב מסרק | > 4 מגהרץ | |||
| טווח כוונון של תדר מנכ"ל | גמיש לחלוטין | |||
| יציאות אופטיות | 6 | |||
| אורכי גל ניתנים להארכה | 500 – 2100 ננומטר | |||
| נעילת ייחוס אופטית של Linewidth | < 1 הרץ עבור כל קווי המסרק והרחבות אורכי הגל | |||
3.3 מערכת ייחוס אופטית של מערכות מנלו (ORS)
מערכת הייחוס האופטית (ORS) מתוכננת לביצועים ללא פשרות. היא מספקת אור לייזר ברוחב קו צר במיוחד עם יציבות תדר יוצאת דופן.
מרכז המערכת הוא חלל פברי-פרו (מרווח גלילי באורך 12.1 ס"מ) משופר, המשמש כנקודת ייחוס ללייזר CW. החלל עשוי מזכוכית בעלת התפשטות נמוכה במיוחד (ULE) ומופעל בוואקום בנקודת התפשטות תרמית אפסית. חלל הייחוס מנותק באופן פעיל מרעידות ומבודד אקוסטי, מה שמאפשר ביצועים אופטימליים גם בסביבות מעבדה קשות. מנגנון נעילת חלל קל לשימוש מבטיח ניידות ללא יישור מחדש של הנתיבים האופטיים.
המערכת מופעלת על ידי הדור החדש ביותר של בקר SYNCRO הקנייני של Menlo Systems - פלטפורמת אלקטרוניקה מודולרית שנועדה לגמישות ושימוש אינטואיטיבי. היא משלבת את כל האלקטרוניקה הנדרשת, למשל, דרייבר לייזר בעל רעש נמוך ולולאת סרוו (אנלוגית) מהירה מאוד לייצוב תדר הלייזר. המשתמש שולט בכל הפרמטרים באמצעות מסך מגע בחזית 7 אינץ' או ממשק משתמש גרפי במחשב מרוחק. התוכנה המובנית מבטיחה נעילת חללים אוטומטית וניטור המערכת.
| ORS | ||||
| אורכי גל | 650 – 1600 ננומטר (ORS) 900 – 1600 ננומטר (ORS עם ORS-FS-XTAL) | |||
| יציבות (MADEV בשנייה אחת, סחיפה ליניארית הוסרה) | < 7 × 10-16 (ORS עם אפשרות FS-XTAL) < 1 × 10-15 (ORS עם ULE-IBS) | |||
| רוחב קו | < 1 הרץ | |||
| שלב רעש (ב-1542 ננומטר*, תלוי במקור הלייזר) | at | ORS | עם ORS-FS-XTAL | |
| 1 הרץ | −8 dBc/Hz | −10 dBc/Hz | ||
| 10 הרץ | −27 dBc/Hz | −30 dBc/Hz | ||
| 100 הרץ | −47 dBc/Hz | −47 dBc/Hz | ||
| 1000 הרץ | −70 dBc/Hz | −70 dBc/Hz | ||
| *שינוי קנה מידה בהתאם לתדרי נושא שונים | עבור כל הדגמים אותות כוזבים < −20 dBc | |||
| תפוקת חשמל | > 10 mW (מחבר FC/APC), הספק גבוה לפי בקשה | |||
| מרווח חללים | 12.1 ס"מ, ULE, עיצוב גלילי | |||
| טווח ספקטרלי חופשי | 1.24 גיגה-הרץ | |||
| קצב סחיפה ליניארי | כ-150 מגה-הרץ/שנייה | |||
| פלטפורמת בידוד רעידות | כלול | |||
3.4 מערכת מיקרוגל אולטרה-יציבה (UMS) של Menlo Systems
טכנולוגיית מיקרוגל פוטונית UMS מייצגת שינוי פרדיגמה בסינתזת אותות מיקרוגל. התקדמות פורצת דרך זו היא מקור המיקרוגל הפוטוני הראשון הזמין מסחרית המשתמש בחלוקה קוהרנטית-פאזה של אותות אופטיים באיכות גבוהה לתחום המיקרוגל. על ידי שימוש בגישה חדשנית זו, אנו יכולים להפחית באופן דרסטי את רעש הפאזה האופטי לרמות שהיו בעבר בלתי אפשריות פיזית עם טכנולוגיות מבוססות יותר כמו OCXOs מרובים או מתנדי ספיר בטמפרטורת החדר.
ה-UMS-Compact הוא אחיו הגדול של ה-UMS-Mini. הוא כולל גם לייזר אולטרה-יציב אוטונומי לחלוטין ומסרק תדרים, במערכת מתלה חזקה שתוכננה במיוחד להפעלה בארונות תקשורת, מכ"ם וכיפות רדיו-אסטרונומיה. הוא מאפשר הוספת הרחבות הניתנות להתאמה אישית עבור יציאות תדר מרובות, הן ב-RF/מיקרוגל והן לסינתזת קווי מסרק בתדרים אופטיים ספציפיים. ניתן לסנכרן את ה-UMS-Compact עוד יותר, לפי בקשה, לאותות אופטיים או מיקרוגל כקלטים, מה שהופך אותו לגלגל תנופה אידיאלי עבור רשתות סיבים מטרולוגיות וצמתי RF מעל סיבים. זוהי מערכת ההמשך למכשיר Menlo המוצג בג'האנגיר ואחרים.
| שלב רעש | יציבות תדר (מוחלטת*) | ||||||
| 10 מגהרץ | 100 מגהרץ | 10 גיגה-הרץ | 10 מגהרץ | 100 מגהרץ | 10 גיגה-הרץ | ||
| תדר קיזוז (הרץ) | זמן ממוצע | ||||||
| 1 | -140 | -125 | -95 | 0.1 | < 3 × 10-14 | < 5 × 10-14 | < 3 × 10-15 |
| 10 | -150 | -135 | -115 | 1 | < 3 × 10-14 | < 5 × 10-14 | < 3 × 10-15 |
| 100 | -155 | -145 | -130 | 10 | < 1 × 10-13 | < 1 × 10-13 | < 1 × 10-14 |
| 1k | -165 | -150 | -145 | 100 | < 5 × 10-13 | < 5 × 10-13 | < 1 × 10-13 |
| 10k | -165 | -155 | -160 | 1000 | < 5 × 10-12 | < 5 × 10-12 | < 1 × 10-12 |
| 100k | < −165 | -155 | < −160 | > 10000 | < 5 × 10-11 | < 5 × 10-11 | < 1 × 10-11 |
| 1M | < −165 | -155 | < −165 | ||||
4. HÜBNER מקורות לייזר פוטוניקה ו-Cobolt לקוונטים ומחקר
כספקית מרכזית של לייזרים של HÜBNER Photonics & Cobolt בדרום מזרח אסיה, Wavelength Opto-Electronic מביאה לשוק את אחת מפלטפורמות הלייזר היציבות ביותר המשמשות במעבדות קוונטיות.
סדרת קובולט 4.1 06-01
סדרת Cobolt 06-01 מציעה לייזרים בטווח אורכי גל רחב בפורמט קומפקטי של "הכנס והפעל". הסדרה מורכבת ממודולי לייזר דיודה (MLD) בעלי אורך גל קבוע בעל ביצועים גבוהים ולייזרים בעלי שאיבת דיודה (DPL). יכולת אפנון ישיר במהירות גבוהה ו"כיבוי אוטומטי" במהלך האפנון הופכים אותם לאידיאליים עבור יישומים בטכנולוגיות הדמיה ביולוגית וטכנולוגיות קוונטיות.
| המוצר | אורך גל | כוח | אפשרות צמת סיבים |
| Cobolt 06-MLD | 375 ננומטר | 70 mW | 25 mW |
| Cobolt 06-MLD | 395 ננומטר | 120 mW | 25 mW |
| Cobolt 06-MLD | 405 ננומטר | 150 mW 365 mW | 75 mW 150 mW |
| Cobolt 06-MLD | 415 ננומטר | 120 mW | 60 mW |
| Cobolt 06-MLD | 425 ננומטר | 120 mW | 60 mW |
| Cobolt 06-MLD | 445 ננומטר | 100 mW 400 mW | 50 mW 150 mW |
| Cobolt 06-MLD | 457 ננומטר | 100 mW 400 mW | 50 mW 150 mW |
| Cobolt 06-MLD | 473 ננומטר | 100 mW 300 mW | 50 mW 150 mW |
| Cobolt 06-MLD | 488 ננומטר | 60 mW 100 mW 150 mW 200 mW 300 mW | 30 mW 100 mW |
| Cobolt 06-MLD | 505 ננומטר | 80 mW | 40 mW |
| Cobolt 06-MLD | 515 ננומטר | 80 mW 150 mW | 40 mW 75 mW |
| Cobolt 06-MLD | 520 ננומטר | 80 mW | 40 mW |
| Cobolt 06-DPL | 532 ננומטר | 25 mW 50 mW 100 mW 200 mW 300 mW 400 mW | 25 mW 50 mW 100 mW 200 mW |
| Cobolt 06-DPL | 553 ננומטר | 25 mW 50 mW 100 mW | 25 mW |
| Cobolt 06-DPL | 561 ננומטר | 25 mW 50 mW 100 mW 200 mW | 25 mW 50 mW 100 mW |
| Cobolt 06-DPL | 594 ננומטר | 50 mW 100 mW 150 mW | - |
| Cobolt 06-MLD | 633 ננומטר | 80 mW | - |
| Cobolt 06-MLD | 638 ננומטר | 180 mW | 80 mW |
| Cobolt 06-MLD | 642 ננומטר | 180 mW | 80 mW |
| Cobolt 06-MLD | 647 ננומטר | 130 mW | 60 mW |
| Cobolt 06-MLD | 660 ננומטר | 100 mW | 50 mW |
| Cobolt 06-MLD | 685 ננומטר | 40 mW | 20 mW |
| Cobolt 06-MLD | 690 ננומטר | 200 mW | 75 mW |
| Cobolt 06-MLD | 705 ננומטר | 30 mW | 15 mW |
| Cobolt 06-MLD | 730 ננומטר | 50 mW | 20 mW |
| Cobolt 06-MLD | 760 ננומטר | 25 mW | 15 mW |
| Cobolt 06-MLD | 785 ננומטר | 250 mW | 100 mW |
| Cobolt 06-MLD | 808 ננומטר | 120 mW | 50 mW |
| Cobolt 06-MLD | 830 ננומטר | 250 mW | 100 mW |
| Cobolt 06-MLD | 852 ננומטר | 50 mW | 20 mW |
| Cobolt 06-MLD | 915 ננומטר | 250 mW | 100 mW |
| Cobolt 06-MLD | 940 ננומטר | 250 mW | 75 mW |
| Cobolt 06-MLD | 975 ננומטר | 250 mW | 50 mW |
| Cobolt 06-MLD | 1064 ננומטר | 200 mW | 75 mW |
4.2 HÜBNER Photonics C-WAVE
לייזרים מתכווננים מסוג C-WAVE הם מקורות אור לייזר גל רציף (cw) הניתנים לכוונון נרחב, המכסים טווח חסר תקדים של אורכי גל בטווח ה-IR הנראה והקרוב. לייזרים מתכווננים מסוג C-WAVE מציעים מספר מנגנוני כוונון, החל מגישת אורכי גל אוטומטית לחלוטין ועד לסריקות רציפות באמת ללא תקווה למצב תנועה על פני עשרות גיגה-הרץ. בפעולה בלולאה סגורה, ניתן להשיג יציבות תדר ארוכת טווח של +/- 2 מגה-הרץ לאורך שעות. הם פועלים באופן אוטומטי לחלוטין ללא צורך בחומרים מתכלים.
| דגם C-WAVE | טווח כוונון | תפוקת חשמל |
| C-WAVE VIS צריכת חשמל נמוכה | 450 – 525 ננומטר ו 540 – 650 ננומטר ו 900 – 1050 ננומטר ו 1080 - 1300 ננומטר | עד 200 mW עד 200 mW עד 400 mW עד 400 mW |
| C-WAVE VIS עוצמה גבוהה | 450 – 525 ננומטר ו 540 – 650 ננומטר ו 900 – 1050 ננומטר ו 1080 - 1300 ננומטר | עד 500 mW עד 500 mW עד 1 וואט עד 1 וואט |
| C-WAVE GTR | 500 – 750 ננומטר ו 1000 – 1500 ננומטר ו 1700 - 3500 ננומטר | עד 1 וואט עד 1.5 וואט עד 2 וואט |
| C-WAVE BTS | 700 - 1000 ננומטר | >750 mW, עד 5W באורך גל שיא |
| C-WAVE IR צריכת חשמל נמוכה | 900 – 1050 ננומטר ו 1080 - 1300 ננומטר | עד 400 mW עד 400 mW |
| C-WAVE IR עוצמה גבוהה | 900 – 1050 ננומטר ו 1080 - 1300 ננומטר | עד 1 וואט עד 1 וואט |
| C-WAVE NIR | 1000 – 1500 ננומטר ו 1700 - 3500 ננומטר | עד 1.5 וואט עד 2 וואט |
4.3 קובולט קוו-טי™
סדרת Cobolt Qu-T™ מציעה פליטת CW בתדר יחיד הניתנת לכוונון וננעלת בטווח 700-850 ננומטר עם רמת גמישות גבוהה באופן טבעי באורך הגל המרכזי וקרן TEM00 מושלמת. כל אורך גל פליטה ניתן לכוונון גס ללא פערים על פני מספר ננומטרים ולכוונון עדין (ללא מצבי קפיצה) על פני 10 שניות של גיגה-הרץ. ניתן לנעול את אורך הגל של הלייזר באופן פעיל לנקודת ייחוס חיצונית באמצעות בקרת פיאזו מהירה. בשילוב עם יכולת כוונון ויכולת נעילה כזו, רעש בעוצמה נמוכה ופליטת רוחב קו צר הופכים לייזרים אלה למתאימים באופן מושלם לניסויים קוונטיים המבוססים על מעברים אטומיים ויצירת זוגות פוטונים שזורים באמצעות המרה פרמטרית ספונטנית כלפי מטה.
| אורך גל מרכזי, למשל | 707 ננומטר | 780 ננומטר | 813 ננומטר |
| כוונון גס | >4 ננומטר | >4 ננומטר | >4 ננומטר |
| כוונון עדין | >10 גיגה-הרץ | >10 גיגה-הרץ | >10 גיגה-הרץ |
| רוחב קו (1 אלפיות שנייה) | <50 קילוהרץ | <50 קילוהרץ | <50 קילוהרץ |
| תפוקת חשמל | >500 mW | >500 mW | >500 mW |
4.4 HÜBNER Photonics Ampheia™ Fibre Laser Systems
סדרת Ampheia ™ מציעה מערכות לייזר סיבים בעלי עוצמה גבוהה, המצטיינות בהגברת רעש בעוצמה יחסית נמוכה במיוחד (RIN) ובשמירה על פעולה בתדר יחיד. מערכות לייזר סיבים אלו הן מגברי סיבים המסופקים עם לייזר זרעים משולב וראש אספקת קרן. מערכת לייזר שלמה במחיר סביר, עם ביצועי לייזר יוצאי דופן.
| אורך גל | תפוקת חשמל | רוחב קו ספקטרלי | רעש עוצמה יחסית (RIN) | OSNR |
| 532.2 ± 0.3 ננומטר | 5 W | <100 קילוהרץ | <-125 דציבלים/הרץ | > 70 dB |
| 1064.2 ± 0.6 ננומטר | 20 W 40W 50W | <50 קילוהרץ | <-130 דציבלים/הרץ | > 70 dB |
5. איך Wavelength Opto-Electronic משלים את המערכת הקוונטית
חברת Wavelength Opto Electronic מספקת פתרונות פוטוניים הוליסטיים ותמיכה בייעוץ הנדסי.
5.1 Wavelength Opto-Electronic אופטיקה קוונטית מדויקת במיוחד
אופטיקה קוונטית מדויקת היא הבסיס לטכנולוגיות קוונטיות מודרניות. רכיבים אלה - כולל עדשות , מראות , מסננים ומפצלי אלומה - מתוכננים עם סבולות קפדניות כדי לשלוט ולתפעל אור בדיוק יוצא דופן. ביצועיהם משפיעים ישירות על היציבות, הנאמנות והיעילות של מערכות אופטיות, מה שהופך אותן לחיוניות ביישומים קוונטיים.
אופטיקה קוונטית היא הכרחית בתקשורת וברשתות קוונטיות, שם היא שומרת על שלמות האותות האופטיים על פני מרחקים ארוכים. מסננים, מפצלי אלומה ומראות שולטים באורך גל, קיטוב ופאזה, ומאפשרים ניתוב וריבוב אותות באיכות גבוהה. בפוטוניקה קוונטית ספציפית, אופטיקה זו מאפשרת פעולות מורכבות כגון הפרעות פוטונים, חלוקת שזירה וקידוד פאזה, שכולן דורשות הפסדים אופטיים מינימליים ויציבות מקסימלית.
אופטיקה מודרנית מדויקת, שתוכננה לעמידות כמו גם לביצועים, יכולה לעמוד בסביבות תובעניות תוך שמירה על המפרטים המדויקים שלה לאורך זמן. שילוב זה של אמינות ודיוק מבטיח שהיא יכולה לתמוך ביישומים מתקדמים, החל מניסויי מעבדה ועד להתקנים קוונטיים תעשייתיים, ובסופו של דבר מאפשרת פיתוח טכנולוגיות שדוחפות את גבולות המדידה, התקשורת והחישוב.
5.2 Wavelength Opto-Electronic עדשות אובייקטיביות בעלות NA גבוה
עדשות אובייקטיביות בעלות צמצם מספרי (High-NA) מייצגים טכנולוגיה מאפשרת קריטית למערכות פוטוניקה קוונטית מתקדמות. Wavelength Opto-Electronic, עדשות האובייקטיביות בעלות רמת NA גבוהה המוצעות מספקות את הביצועים האופטיים הנדרשים עבור יישומים קפדניים ברמה קוונטית - שילוב של יכולות איסוף אור מכווננות היטב, מיקוד והדמיה.
ערך NA גבוה מאפשר לאובייקטיבי לאסוף אור בזווית רחבה, מה שמשפר גם את הרזולוציה וגם משפר את יעילות איסוף האור. זה מאפשר פתרון פרטים מרחביים עדינים עד לקני מידה של גבול עקיפה ומבטיח שגם אותות אופטיים חלשים (כגון פלואורסצנציה של פוטון בודד או פוטונים מפוזרים) יוכלו להיקלט ביעילות. עדשות בעלות ערך NA גבוה מאפשרות למקד קרני לייזר (או מקורות אור אחרים) בנקודות צרות מאוד. זה חיוני כאשר נדרש דיוק מרחבי גבוה - לדוגמה, מיקוד באטומים בודדים במלכודת, התייחסות לקיוביטים בודדים או צימוד אור למבנים מיקרו-אופטיים.
בניסויים קוונטיים המסתמכים על גילוי פוטונים הנפלטים (למשל פלואורסצנציה מאטומים/יונים, יצירת פוטון בודד, קריאת מצבים קוונטיים), ערך NA גבוה ממקסם את יעילות האיסוף, משפר את יחס אות לרעש ואת דיוק האור. ניתן לתכנן מטרות NA גבוהות כך שיתאימו לתנאי סביבה מיוחדים האופייניים למערך קוונטי - למשל חלונות ואקום, מארזים קריוגניים או מרחקי עבודה צרים - תוך שמירה על ביצועים אופטיים.
5.3 Wavelength Opto-Electronic מודולטורים אופטיים
בבניית מערכות פוטוניות ברמה קוונטית (לחישוב קוונטי, תקשורת קוונטית, חישה קוונטית ויישומים מתקדמים אחרים), לעתים קרובות לא מספיק שיהיו לייזרים יציבים ואופטיקה מדויקת. צריך גם בקרה אקטיבית: היכולת לווסת, להזיז, לכוון או לבודד פוטונים במהירות גבוהה, נאמנות ורעש מינימלי. כאן הופכים מכשירים כמו מודולטורים אקוסטו-אופטיים , מודולטורים אלקטרו-אופטיים , מתגי Q ומבודדים מגנטו-אופטיים לקריטיים. כך הם חלים בהקשרים קוונטיים.
5.3.1 מודולטורים אקוסטו-אופטיים (AOM)
גל אקוסטי-אופטי (AOM) משתמש באפקט אקוסטו-אופטי - גל אקוסטי המתפשט בגביש יוצר אפנון מחזורי של מקדם השבירה; אור עובר מקיים אינטראקציה עם סריג מקדם מחזורי זה וניתן לעיקור אותו, להזיז אותו בתדר, להטות אותו או להחליף אותו. בניסויים קוונטיים (למשל, עם אטומים או יונים לכודים, או מקורות פוטון יחיד), לעתים קרובות צריך לייצר פולסי אור בעלי צורה הדוקה, להזיז תדרים (למשל, עבור מעברי ראמאן או פנייה לפס צד), או לכוון במהירות אלומות כדי לפנות לאתרים אטומיים או רכיבים אופטיים שונים. גלים אקוסטי-אופטיים מאפשרים יכולות כאלה במהירות גבוהה ובקרת הכחדה/סטייה טובה.
לקידוד מידע קוונטי - למשל בפרוטוקולים המקודדים פאזה, תדר או זמן - אינטרפרומטרים קוונטיים אנלוגיים (AOMs) יכולים לשמש כאלמנטים או מודולטורים של הזזת תדר, המאפשרים שליטה עדינה במצבים הקוונטיים של פוטונים. לדוגמה, שימוש ב-AOM כדי לכפות הזזות פאזה יחסיות בין פולסים באינטרפרומטר סיבים-לולאה מאפשר התפלגות מפתחות קוונטית יציבה ובעלת שגיאות נמוכות.
מכיוון ש-AOMs מאפשרים אפנון אמפליטודה ותדר (או פאזה באמצעות הזזת תדר + תזמון) תחת בקרה אלקטרונית, הם מציעים יכולת תכנות דינמית. זה הופך אותם לשימושיים עבור ניסויים או מערכות שבהן יש צורך להגדיר מחדש מצבים קוונטיים תוך כדי תנועה, או עבור ריבוב/ניתוב פוטונים.
בקיצור: אפנון אקוסטו-אופטי מתאים במיוחד למשימות פוטוניקה קוונטית הדורשות מיתוג מהיר, בקרת תדר, עיצוב פולסים או היגוי קרן מרחבי - מה שהופך AOMs לחיוניים במערכות קוונטיות רבות מבוססות אטום קר, פוטון יחיד או סיבים.
5.3.2 מודולטורים אלקטרו-אופטיים (EOMs)
מעגלי אלקטרו- אופטיים (EOM) מנצלים חומרים שמקדם השבירה שלהם משתנה תחת שדה חשמלי מופעל ("האפקט האלקטרו-אופטי"). שינוי מדד זה יכול לווסת את הפאזה, התדירות, הקיטוב או האמפליטודה של אור שעובר. במחשוב קוונטי פוטוני - במיוחד בארכיטקטורות המבוססות על אינטרפרומטרים / מעגלים פוטוניים משולבים - מעגלי אלקטרו-אופטיים משמשים לעתים קרובות ליישום המקבילה של "שערים": מעבירי פאזה, מודולטורים או מתגים שמשנים את האופן שבו פוטונים מתערבים או מתפשטים.
עבור חלוקת מפתחות קוונטית (QKD) או פרוטוקולי תקשורת קוונטית אחרים, מערכות EOM יכולות לקודד מצבים קוונטיים על פוטונים (פאזה, קיטוב, אמפליטודה, קיטוב) במהירות, יציבות וחזרה גבוהה.
טכנולוגיות קוונטיות מתפתחות חוקרות מערכות היברידיות - למשל המרת מידע קוונטי בתחום המיקרוגל (המשמש בקיוביטים מוליכי-על) לפוטונים אופטיים דרך ממשקים אלקטרו-אופטיים. כמה "ממירים אלקטרו-אופטיים קוונטיים" ניסיוניים מסתמכים על אפנון דמוי EOM כדי לגשר בין פלטפורמות קוונטיות שונות (מיקרוגל ↔ אופטי), מה שמאפשר יכולת פעולה הדדית בין טכנולוגיות קוונטיות שונות.
עבור סכמות הדורשות מעטפות פולסים מדויקות, גייטינג או אפנון רוחב פס גבוה (למשל, ליצירת אור סחוט, יצירת שזירה, תזמון שער קוונטי), מעגלי אופטיקה (EOM) מספקים דרך מהירה, נקייה וניתנת לשליטה לעיצוב פולסים אופטיים.
לפיכך, מודולטורים אלקטרו-אופטיים הם מרכיבים יסודיים בהתקנים קוונטיים פוטוניים משולבים - התומכים בהכנה, בקרה ומניפולציה של מצב קוונטי יציב ובנאמנות גבוהה.
5.3.3 מבודדים מגנטו-אופטיים
מבודדים מגנטו-אופטיים (למשל, המבוססים על אפקט פאראדיי) משמשים לאכיפת התפשטות אור לא הדדית - כלומר, לאפשר לאור לנוע בכיוון אחד, אך לחסום/לטשטש כל החזרה או התפשטות לאחור. זה מונע מאור המוחזר לאחור להיכנס שוב ולהפריע למקורות לייזר או לרכיבים אופטיים רגישים.
במערכות קוונטיות - במיוחד אלו המשתמשות במקורות לייזר בעלי רוחב קו צר או קוהרנטיות גבוהה (לקירור, לכידה, הסתבכות, הפרעות, שערי קוונטים וכו') - החזרות לאחור או משוב לא מכוונים יכולים לפגוע בקוהרנטיות, להכניס רעש או לערער את יציבות המערכת. מבודדים מגנטו-אופטיים מסייעים בשמירה על נתיבים חד כיווניים יציבים, מגנים על המקור ומשמרים את טוהר וקוהרנטיות של מצבים קוונטיים.
כאשר משלבים לייזרים, מודולטורים, אופטיקה לעיצוב אלומה , חללים או אינטרפרומטרים, בידוד לא הדדי הוא המפתח למניעת הפרעות, השתקפויות טפיליות או משוב כוזב שעלולים לשבש פעולות קוונטיות או לפגוע בנאמנות. מבודדי פאראדיי מעוצבים היטב מסייעים בבניית חומרה פוטוניקה קוונטית חזקה ואמינה - במיוחד עבור מערכות המיועדות לפעולה יציבה לטווח ארוך (למשל קישורי תקשורת קוונטית, חיישנים קוונטיים, שעונים אופטיים).
לכן, למרות שמבודדים מגנטו-אופטיים אינם "מקודדים" ישירות מידע קוונטי, הם ממלאים תפקיד תומך: הבטחת תפקוד אמין, נקי וללא הפרעות לא רצויות של שאר שרשרת הפוטוניקה הקוונטית.
6. מקרי שימוש בתעשייה ובמחקר
6.1 משטח ניסוי במעבדת תקשורת קוונטית
במערכות תקשורת קוונטיות ניסיוניות, יצירה, אפנון וגילוי של פוטונים חייבים להתבצע בתזמון ויציבות ספקטרלית ללא דופי. לייזרים בעלי רוחב קו צר באורכי גל של תקשורת משמשים כמקורות פוטונים אמינים, המאפשרים העברה למרחקים ארוכים דרך רשתות סיבים סטנדרטיות. מודולטורי פאזה מציגים וריאציות מבוקרות בפאזה של הפוטון, ומהווים את הבסיס לפרוטוקולי קידוד מפתחות קוונטיים המשמשים בהדגמות QKD.
מערכת מסרק תדרים מספקת את קצב השעון המדויק הנדרש לסנכרון תחנות שולח ומקלט בקנה מידה של אטו-שניות. יחד, אלמנטים אופטיים אלה תומכים במעבדת בדיקות תקשורת קוונטית משולבת לחלוטין, המאפשרת החלפת מפתחות מאובטחת עם אובדן ערוצים נמוך ודה-קוהרנטיות מדוכאת - אידיאלית לאימות חומרת הצפנה קוונטית ואבות טיפוס של רשת.
6.2 אינטראקציה קוונטית בין אטום לאור לפיזיקה של אטומים קרים
חישה קוונטית ושעונים אטומיים מסתמכים על מניפולציה אופטית של אטומים קרים כמו רובידיום או צזיום. לייזרים באורכי גל של תהודה אטומית משמשים לקירור, לכידת ועוררות אטומים למצבים קוונטיים מוגדרים היטב. כדי לשמור על קוהרנטיות במהלך ניסויים, עדשות אובייקטיביות בעלות NA גבוה ואופטיקה לעיצוב קרן מבטיחות אספקה נקייה של חזית גל ותאורה אחידה לתוך מלכודות מגנטו-אופטיות או פינצטה אופטית.
ייחוס תדרים באמצעות מסרקים אופטיים מייצב את לייזרי החקירה לתדר המעבר האטומי הנדרש, ומאפשר שליטה מדויקת בתהליכי בליעה/פליטה של פוטון בודד. שילוב זה מאפשר שליטה מוצלחת ברמות אנרגיה אטומית למחקר על זיכרונות קוונטיים, מקורות פוטונים קוהרנטיים ותקני זמן מדויקים מהדור הבא.
6.3 פיתוח מעגלים אופטיים קוונטיים משולבים
ככל ששבבים פוטוניים קוונטיים מתפתחים, מסלולים אופטיים במרחב חופשי ובסיבים אופטיים חייבים לפעול בדיוק מרחבי יוצא דופן. אופטיקה למיקוד מדויקת משמשת להזרמת פוטונים למוליכי גל, בעוד שעדשות היגוי קרן מאפשרות ניתוב מתכוונן על פני אלמנטים פוטוניים על השבב.
מקורות לייזר קוהרנטיים ויציבים במיוחד מספקים את העירור הנדרש לניסויי שזירה והתאבכות. מודולטורים אלקטרו-אופטיים מניפולטורים את התפשטות הפוטונים בזמן אמת, ופועלים כאופרטורים לוגיים קוונטיים מהירים. אסטרטגיה זו מאפשרת עיצוב מדויק של מעגלים קוונטיים אופטיים - ותומכת בארכיטקטורות ניתנות להרחבה עבור מחשוב קוונטי פוטוני וחלוקת שזירה מתקדמת.
6.4 ספקטרוסקופיה קוונטית ומטרולוגיה בתחום התדרים
בספקטרוסקופיה קוונטית, חוקרים חוקרים חתימות מולקולריות, מצבי ספין ותזוזות אנרגיה עדינות ברזולוציה קיצונית. מסרקי תדרים משתרעים על פני טווחי ספקטרליים גדולים עם קווים אופטיים בעלי נעילת פאזה במרווחים שווים, המאפשרים ניתוח מדויק של תחום התדר. בשילוב עם מסננים להפחתת סנוור ואופטיקה מיקודית בעלת ביצועים גבוהים, מערכות אלו מזהות אינטראקציות ברמה הקוונטית שלא ניתן היה להבחין ביניהן בעבר.
הביצועים המתקבלים מקדמים מחקרים בסיסיים בפיזיקה של חומר מעובה, כימיה מולקולרית וחישה מדויקת, שבהם ניתן למדוד אפילו שינויים סביבתיים זעירים ברגישות מוגבלת קוונטית.
6.5 בידוד פוטונים והגנה על קוהרנטיות
ניסויים קוונטיים רגישים מאוד להשתקפויות לאחור ולמשוב תועה. מבודדים מגנטו-אופטיים מגנים על לייזרים ומצבים קוונטיים עדינים על ידי אכיפת התפשטות פוטונים חד-כיוונית. זה שומר על קוהרנטיות, מונע הפרעה לחלל ושומר על שלמות פאזה בתוך מערכות בעלות Q גבוה כגון גנרטורים של אור סחוט או מקורות פוטונים שזורים.
בידוד כזה חיוני בכל פעם שליזרים אולטרה-יציבים מקיימים ממשק עם גבישים לא ליניאריים, שבבים פוטוניים או פלטפורמות קוונטיות מבוססות ואקום.
7. סיכום
פוטוניקה קוונטית מחזיקה במפתח לפריצות דרך בתחומי המחשוב, התקשורת והחישה, והצלחתה תלויה בשליטה מוחלטת באור - אתגר שניתן להשיג רק עם מערכות אופטיות באיכות גבוהה. Wavelength Opto-Electronic מספק את אבני הבניין למהפכה זו באמצעות מוצרים אופטיים מרכזיים כגון עדשות בהתאמה אישית, ציפויים, מאפננים, ו פתרונות לעיצוב קורות; מקורות לייזר קוונטיים, לרבות סדרת Cobolt של HÜBNER Photonicsבקרת תדר מדויקת עם מסרקי תדר אופטיים של Menlo Systemsותמיכה מקיפה בהנדסת מערכות לתכנון, כוונון ואינטגרציה. יחד, פתרונות אלה מאפשרים לחוקרים ולשותפים תעשייתיים להאיץ את הפיתוח הקוונטי בביטחון. Wavelength Opto-Electronic מקדמת בברכה שיתוף פעולה עם מעבדות מחקר, אינטגרטורים של מערכות, יצרני פוטוניקה וסטארט-אפים בתחום טכנולוגיית הקוונטים, כשאנו עובדים יחד כדי לבנות את עתיד הפוטוניקה - מבקרת פוטון יחיד ועד לתשתית קוונטית בקנה מידה גדול.
