Quang tử lượng tử với các dụng cụ và quang học chính xác
Tác giả: Bryan Ng – Giám đốc Tiếp thị
Được đăng trên:
Chỉnh sửa lần cuối:
Công nghệ quang tử lượng tử đang làm thay đổi cách thức xử lý, truyền tải và đo lường thông tin, nhưng sự tiến bộ của nó hoàn toàn phụ thuộc vào khả năng định hình và ổn định ánh sáng ở cấp độ lượng tử. Để đạt được điều này đòi hỏi độ chính xác quang học, kiểm soát pha và độ tinh khiết quang phổ vượt trội.
Wavelength Opto-Electronic trao quyền tThế hệ công nghệ lượng tử mới bằng cách cung cấp nền tảng quang học được thiết kế chặt chẽ, bao gồm ống kính có độ chính xác cao và quang học mục tiêu Để cung cấp chùm tia đồng nhất, các giải pháp định hình và lọc chùm tia nhằm bảo toàn chất lượng photon, và các thành phần điều biến tiên tiến cho phép thao tác trạng thái lượng tử nhanh chóng. Những điều này được bổ sung bởi nguồn laser từ HÜBNER Photonics và Giải pháp tham chiếu tần số từ Menlo Systems, cung cấp độ trung thực quang phổ cần thiết cho các chuyển đổi nguyên tử, các hoạt động vướng víu lượng tử và các liên kết truyền thông lượng tử an toàn.
Hỗ trợ cả nghiên cứu trong phòng thí nghiệm và triển khai thực tế ở cấp độ kỹ thuật, Wavelength Opto-Electronic Nó thu hẹp khoảng cách giữa khám phá thực nghiệm và các nền tảng có khả năng mở rộng. Cho dù phát triển các mạch quang tử tích hợp, hệ thống nguyên tử lạnh, mạng QKD hay các thiết bị cảm biến lượng tử, các đối tác đều được hưởng lợi từ chuyên môn ứng dụng sâu rộng, sự hợp tác thiết kế và tối ưu hóa ở cấp độ hệ thống.
Với sứ mệnh thúc đẩy đổi mới lượng tử, chúng tôi tích cực hợp tác với các trường đại học, phòng thí nghiệm quốc gia, nhà tích hợp hệ thống, nhà sản xuất quang tử và các công ty khởi nghiệp lượng tử mới nổi. Cùng nhau, chúng tôi cho phép điều khiển photon đơn đáng tin cậy ngay hôm nay — và xây dựng cơ sở hạ tầng quang học sẽ hỗ trợ triển khai lượng tử quy mô lớn trong tương lai.
1. Quang tử lượng tử là gì?
Quang tử lượng tử là ngành nghiên cứu và ứng dụng photon để điều khiển các hiện tượng lượng tử như:
| Khái niệm lượng tử | Giải thích | Tại sao lại chọn quang học? |
|---|---|---|
| Chồng chất | Photon tồn tại đồng thời ở nhiều trạng thái khác nhau. | Cho phép logic điện toán lượng tử |
| Sự lộn xộn | Hai photon trở nên liên kết chặt chẽ với nhau. | Giao tiếp an toàn |
| Can thiệp | Các photon tương tác để tạo thành các mô hình lượng tử. | Xử lý tín hiệu quang tử |
| Đường hầm | Photon xuyên qua các rào cản. | Cảm biến và hình ảnh lượng tử |
Khác với electron, photon tương tác rất ít với môi trường xung quanh, điều này có nghĩa là chúng duy trì tính mạch lạc (độ chính xác của trạng thái lượng tử) trong thời gian dài hơn — điều thiết yếu trong truyền thông và điện toán lượng tử.
1.1 Tại sao quang học là lý tưởng cho lượng tử
Công nghệ quang tử đặc biệt phù hợp với các công nghệ lượng tử vì ánh sáng truyền đi với tốc độ ánh sáng, cho phép xử lý và truyền tải thông tin cực nhanh với độ trễ tối thiểu. Photon có tương tác rất thấp với môi trường xung quanh, giúp bảo toàn trạng thái lượng tử trên quãng đường và thời gian dài. Chúng có thể được định tuyến hiệu quả thông qua các mạng cáp quang đã được thiết lập tốt, do đó tương thích tự nhiên với cơ sở hạ tầng viễn thông hiện có. Ngoài ra, công nghệ quang tử hỗ trợ cả cấu hình không gian tự do và nền tảng quang tử tích hợp, cung cấp sự linh hoạt cho nhiều ứng dụng lượng tử, từ các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm đến các hệ thống thương mại có khả năng mở rộng.
2. Ứng dụng của quang tử lượng tử
2.1 Điện toán lượng tử
Trong điện toán lượng tử quang học, photon đóng vai trò là qubit, mang và xử lý thông tin lượng tử. Để thực hiện các phép toán lượng tử đáng tin cậy, cần phải kiểm soát chính xác tần số, pha và sự lan truyền của ánh sáng. Hệ thống quang học độ chính xác cao cho phép điều khiển đường đi của photon và các mẫu giao thoa cần thiết cho các phép toán logic lượng tử, trong khi các nguồn quang học siêu ổn định duy trì tính mạch lạc trên các mạch phức tạp. Sự kiểm soát chính xác như vậy cho phép tạo ra các mạng đa qubit có khả năng mở rộng, giải quyết các vấn đề nằm ngoài khả năng của máy tính cổ điển.
2.2 Truyền thông lượng tử và mã hóa
Truyền thông lượng tử tận dụng các đặc tính của ánh sáng để truyền tải thông tin một cách an toàn. Bằng cách mã hóa các khóa mã hóa trong các trạng thái lượng tử của photon, bất kỳ nỗ lực chặn bắt nào cũng sẽ làm nhiễu loạn hệ thống, đảm bảo rằng việc nghe trộm có thể bị phát hiện. Việc kiểm soát pha và các nguồn sáng ổn định tần số cho phép chuẩn bị, truyền tải và đo lường các trạng thái lượng tử này với tỷ lệ lỗi cực thấp, tạo thành xương sống của các mạng truyền thông an toàn và các hệ thống mật mã thế hệ tiếp theo.
2.3 Cảm biến lượng tử và đo lường
Cảm biến lượng tử khai thác độ nhạy cực cao của các trạng thái lượng tử để đo các hiện tượng vật lý với độ chính xác chưa từng có. Trường quang học được kiểm soát và ánh sáng ổn định tần số cho phép phát hiện những biến đổi nhỏ nhất trong lực hấp dẫn, từ trường và cấu trúc phân tử. Các thấu kính quang học chất lượng cao và việc định hình chùm tia chính xác giúp tăng cường tương tác giữa photon và hệ thống được đo, cho phép đo thời gian, tần số và không gian với độ chính xác cực cao. Những khả năng này rất quan trọng đối với các ứng dụng trong định vị, quang phổ và nghiên cứu vật lý cơ bản.
2.4 Hình ảnh lượng tử và kính hiển vi
Bằng cách khai thác các tương quan lượng tử trong ánh sáng, quang học độ chính xác cao cho phép tạo ảnh vượt qua giới hạn độ phân giải cổ điển và với cường độ ánh sáng thấp hơn. Điều này cho phép mô tả chi tiết các cấu trúc mỏng manh hoặc ở kích thước nano trong khi giảm thiểu hư hại mẫu. Chiếu sáng ổn định tần số cải thiện tính nhất quán và khả năng lặp lại của các phép đo, rất quan trọng đối với kính hiển vi tiên tiến, kiểm tra vật liệu và kiểm soát chất lượng bán dẫn.
2.5 Tiêu chuẩn đo thời gian và tần số được tăng cường bằng công nghệ lượng tử
Các nguồn quang học chính xác và trường ánh sáng tham chiếu tần số là yếu tố cốt lõi trong việc đo thời gian siêu chính xác. Hệ thống quang tử cung cấp sự ổn định cần thiết cho đồng hồ quang học và đồng bộ hóa trên các mạng phân tán. Những khả năng này giúp nâng cao hệ thống định vị, mạng truyền thông tốc độ cao và các thí nghiệm khoa học mà độ chính xác về thời gian và tần số là rất quan trọng.
3. Giải pháp sản phẩm của Menlo Systems cho quang tử lượng tử
Công nghệ lượng tử đang cách mạng hóa các ngành công nghiệp bằng cách tận dụng độ chính xác và sức mạnh tính toán vượt trội của cơ học lượng tử. Điều này khiến chúng trở nên không thể thiếu để giải quyết các thách thức toàn cầu phức tạp như điện toán lượng tử, cảm biến siêu chính xác và truyền thông an toàn. Nhiều ứng dụng trong số này yêu cầu ánh sáng laser được ổn định pha theo dải tần số quang học.
Với tư cách là nhà phân phối của Menlo Systems tại Đông Nam Á, Wavelength Opto-Electronic cung cấp các giải pháp hàng đầu trong ngành. Dải tần số quang họcHệ thống siêu ổn định và Máy phát vi sóng siêu ổn định, “Sản xuất tại Đức”, là một yếu tố quan trọng trong điều khiển lượng tử, đo lường và phân tích quang phổ.
3.1 Menlo Systems FC1500-Quantum
FC1500 -Quantum cung cấp ánh sáng dạng lược tần và ánh sáng liên tục (CW) có độ nhiễu thấp tuyệt vời trên dải tần rộng trong một hệ thống hoàn chỉnh gắn trên giá đỡ. Đây là giải pháp tất cả trong một dựa trên lược tần siêu ổn định dành cho ứng dụng Quantum 2.0 của bạn. Cho dù bạn đang xây dựng một máy tính lượng tử dựa trên ion/nguyên tử trung tính, một đồng hồ quang học lượng tử, hay một thí nghiệm giao thoa nguyên tử, Menlo sẽ tùy chỉnh hệ thống của bạn theo yêu cầu và cung cấp động cơ quang học để vận hành các thí nghiệm vật lý của bạn. Hệ thống bao gồm một laser ổn định khoang siêu bền với độ rộng vạch dưới Hz từ dòng Hệ thống Tham chiếu Quang học (ORS) của Menlo, một lược tần quang học có độ nhiễu cực thấp (FC1500-ULN hoặc SmartComb), và số lượng laser CW cần thiết cho thí nghiệm của bạn.
Công nghệ lược tần Menlo độc đáo đã được cấp bằng sáng chế cho phép truyền tải độ tinh khiết quang phổ, độ rộng vạch hẹp và độ ổn định cao của ORS trên toàn bộ phổ lược tần, đồng thời cho phép phân chia tần số xuống miền RF mà không làm mất đi tính mạch lạc pha. Việc truyền tải độ tinh khiết này đảm bảo tính bền vững trong tương lai, với nhiễu pha lược tần còn lại thấp hơn nhiều bậc so với tham chiếu quang học có độ ổn định cao nhất được chứng minh cho đến nay. Những tính năng này cho phép giảm thiểu hiệu ứng Dick trong đồng hồ quang học, tính mạch lạc pha cao để tối đa hóa độ chính xác của qubit quang học và vi sóng, và cuối cùng nhưng không kém phần quan trọng, hoạt động laser liên tục 24/7 không bị trượt chu kỳ và bù trôi. FC1500-Quantum sẵn sàng hỗ trợ và nâng cao ứng dụng lượng tử tiên tiến của bạn.
3.2 Menlo Systems SmartComb-ULN
Menlo Systems hân hạnh giới thiệu nền tảng đo lường mới nhất của mình: SmartComb-ULN , một hệ thống lược tần số nhỏ gọn, mạnh mẽ, cao cấp và hoàn toàn tự động. Thiết bị trọn gói, tất cả trong một này, được xây dựng bằng công nghệ bộ dao động khóa chế độ sợi quang hình số 9® mạnh mẽ và đáng tin cậy của Menlo Systems, kết hợp hiệu suất vượt trội của lược tần số siêu nhiễu thấp (ULN) với kiểu dáng nhỏ gọn chỉ 3 đơn vị chiều cao (3U) trong khung giá đỡ 19 inch. 6 cổng đầu ra sẵn sàng để tương tác trực tiếp với ứng dụng của bạn trong dải Er hoặc dùng làm nguồn mở rộng phổ và bộ khuếch đại, cho phép thực hiện các thí nghiệm trong dải phổ từ 500 nm đến 2100 nm. Một cổng đầu vào cho khóa quang học ở 1.5 μm cũng được bao gồm.
SmartComb-ULN đảm bảo độ tinh khiết và ổn định quang phổ được duy trì trong toàn bộ dải quang phổ bao phủ, lý tưởng cho cả ứng dụng di động và cố định, từ đó cung cấp hiệu suất đáng tin cậy cho nhiều tình huống khác nhau. Hơn nữa, công nghệ nền tảng đã được chứng minh là phù hợp cho các ứng dụng trong môi trường khắc nghiệt như trên máy bay và tên lửa thăm dò.
| SmartComb-ULN | ||||
| Khoảng cách chế độ lược | 250 MHz (các tần số khác theo yêu cầu) | |||
| Trung tâm bước sóng | 1560nm | |||
| Công suất trung bình | > 10 mW | |||
| Độ rộng phổ @ 1560 nm | > 25 nm (FWHM) và > 50 nm (−10 dB) | |||
| Độ ổn định* (MDEV) | Khóa tham chiếu quang học | | Khóa tham chiếu RF | |
| trong hàng nghìn giây | < 5 × 10-17 | < 5 × 10-18 (+) | < 5 × 10−18 ** | < 1 × 10-13 |
| trong hàng nghìn giây | < 5 × 10-18 | < 5 × 10−21 ** | < 5 × 10-15 | |
| Sự chính xác* | Khóa tham chiếu quang học | | Khóa tham chiếu RF | |
| τ > 100 giây | < 1 × 10-17 | < 1 × 10−18 (+) | < 1 × 10-14 | |
| Nhiễu pha tích hợp*[100 Hz – 2 MHz] | < 100 mrad | < 65 mrad (+) | < 50 mrad** | |
| Phạm vi điều chỉnh khoảng cách giữa các chế độ lược | > 4 MHz | |||
| Phạm vi điều chỉnh của tần số CEO | hoàn toàn linh hoạt | |||
| Đầu ra quang học | 6 | |||
| Bước sóng có thể mở rộng | 500 – 2100 nm | |||
| Độ rộng vạch quang học Khóa tham chiếu quang học | < 1 Hz cho tất cả các vạch phổ và phần mở rộng bước sóng | |||
3.3 Hệ thống tham chiếu quang học (ORS) của Menlo Systems
Hệ thống tham chiếu quang học (ORS) được thiết kế để đạt hiệu suất tối ưu. Nó cung cấp ánh sáng laser có độ rộng vạch cực hẹp với độ ổn định tần số vượt trội.
Điểm nhấn của hệ thống là một khoang Fabry-Pérot có độ tinh xảo cao (ống lót hình trụ dài 12.1 cm) đóng vai trò là khoang tham chiếu cho laser sóng liên tục (CW). Khoang này được làm từ thủy tinh có độ giãn nở cực thấp (ULE) và hoạt động trong môi trường chân không ở điểm giãn nở nhiệt bằng không. Khoang tham chiếu được cách ly rung động và cách âm một cách chủ động, cho phép đạt hiệu suất tối ưu ngay cả trong môi trường phòng thí nghiệm khắc nghiệt. Cơ chế khóa khoang dễ sử dụng đảm bảo tính di động mà không cần căn chỉnh lại đường dẫn quang học.
Hệ thống được vận hành bởi bộ điều khiển SYNCRO thế hệ mới nhất của Menlo Systems – một nền tảng điện tử dạng mô-đun được thiết kế để linh hoạt và dễ sử dụng. Nó tích hợp tất cả các thiết bị điện tử cần thiết, ví dụ như bộ điều khiển laser độ nhiễu thấp và vòng điều khiển servo (tương tự) tốc độ rất nhanh để ổn định tần số laser. Người dùng điều khiển tất cả các thông số bằng màn hình cảm ứng 7 inch ở mặt trước hoặc giao diện người dùng đồ họa (GUI) trên máy tính từ xa. Phần mềm tích hợp đảm bảo khóa khoang tự động và giám sát hệ thống.
| ORS gia hạn | ||||
| Bước sóng | 650 – 1600 nm (ORS) 900 – 1600 nm (ORS với ORS-FS-XTAL) | |||
| Tính ổn định (MADEV ở 1 giây, Đã loại bỏ hiện tượng trôi tuyến tính) | < 7 × 10-16 (ORS với tùy chọn FS-XTAL) < 1 × 10-15 (ORS với ULE-IBS) | |||
| Băng thông | < 1 Hz | |||
| Pha nhiễu (ở bước sóng 1542 nm*, tùy thuộc vào nguồn laser) | at | ORS gia hạn | với ORS-FS-XTAL | |
| 1Hz | -8 dBc/Hz | -10 dBc/Hz | ||
| 10Hz | -27 dBc/Hz | -30 dBc/Hz | ||
| 100Hz | -47 dBc/Hz | -47 dBc/Hz | ||
| 1000Hz | -70 dBc/Hz | -70 dBc/Hz | ||
| *Điều chỉnh tỷ lệ tương ứng với các tần số sóng mang khác nhau | Đối với tất cả các mô hình, tín hiệu nhiễu < −20 dBc | |||
| Nguồn ra | > 10 mW (đầu nối FC/APC), công suất cao hơn theo yêu cầu | |||
| Miếng đệm khoang | 12.1 cm, ULE, thiết kế hình trụ | |||
| Dải quang phổ miễn phí | 1.24 GHz | |||
| Tốc độ trôi tuyến tính | khoảng 150 mHz/giây | |||
| Nền tảng cách ly rung động | bao gồm | |||
3.4 Hệ thống vi sóng siêu ổn định (UMS) của Menlo Systems
Công nghệ vi sóng quang học UMS đại diện cho một bước đột phá trong tổng hợp tín hiệu vi sóng. Bước tiến mang tính đột phá này là nguồn vi sóng quang học thương mại đầu tiên sử dụng phương pháp phân chia tín hiệu quang học độ trung thực cao theo pha để chuyển đổi sang miền vi sóng. Bằng cách áp dụng phương pháp tiên tiến này, chúng ta có thể giảm đáng kể nhiễu pha quang học xuống mức mà trước đây không thể đạt được về mặt vật lý với các công nghệ đã được thiết lập như OCXO nhân tần hoặc bộ dao động Sapphire ở nhiệt độ phòng.
UMS-Compact là phiên bản lớn hơn của UMS-Mini. Nó cũng bao gồm một laser siêu ổn định hoàn toàn tự động và một lược tần số, trong một hệ thống giá đỡ được thiết kế riêng chắc chắn để hoạt động trong các tủ viễn thông, radar và các mái vòm thiên văn vô tuyến. Nó cho phép bổ sung các phần mở rộng có thể tùy chỉnh cho nhiều đầu ra tần số, cả trong RF/Vi sóng hoặc để tổng hợp các vạch lược ở các tần số quang học cụ thể. UMS-Compact có thể được đồng bộ hóa thêm, theo yêu cầu, với các tín hiệu quang học hoặc vi sóng làm đầu vào, làm cho nó trở thành một bánh đà lý tưởng cho các mạng cáp quang đo lường và các nút RF qua cáp quang. Đây là hệ thống kế nhiệm của thiết bị Menlo được giới thiệu trong bài báo của Jahangir et al.
| Pha nhiễu | Độ ổn định tần số (tuyệt đối*) | ||||||
| 10 MHz | 100 MHz | 10 GHz | 10 MHz | 100 MHz | 10 GHz | ||
| Tần số bù (Hz) | Thời gian trung bình | ||||||
| 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. Nguồn Laser Cobolt & Photonics HÜBNER cho Lượng tử & Nghiên cứu
Là nhà cung cấp chính của HÜBNER Photonics & Laser Cobolt ở Đông Nam Á, Wavelength Opto-Electronic Đưa ra thị trường một trong những nền tảng laser ổn định nhất được sử dụng trong các phòng thí nghiệm lượng tử.
4.1 Dòng Cobolt 06-01
Dòng sản phẩm Cobolt 06-01 cung cấp các laser với dải bước sóng rộng trong một thiết kế nhỏ gọn, dễ sử dụng. Dòng sản phẩm này bao gồm các mô-đun laser diode bước sóng cố định hiệu suất cao (MLD) và laser bơm diode (DPL). Khả năng điều chế trực tiếp tốc độ cao và khả năng tắt hoàn toàn trong quá trình điều chế khiến chúng trở nên lý tưởng cho các ứng dụng trong hình ảnh sinh học và công nghệ lượng tử.
| Sản phẩm | Bước sóng | Power | Tùy chọn thắt bím sợi |
| Cobolt 06-MLD | 375 nm | 70 mW | 25 mW |
| Cobolt 06-MLD | 395 nm | 120 mW | 25 mW |
| Cobolt 06-MLD | 405 nm | 150 mW 365 mW | 75 mW 150 mW |
| Cobolt 06-MLD | 415 nm | 120 mW | 60 mW |
| Cobolt 06-MLD | 425 nm | 120 mW | 60 mW |
| Cobolt 06-MLD | 445 nm | 100 mW 400 mW | 50 mW 150 mW |
| Cobolt 06-MLD | 457 nm | 100 mW 400 mW | 50 mW 150 mW |
| Cobolt 06-MLD | 473 nm | 100 mW 300 mW | 50 mW 150 mW |
| Cobolt 06-MLD | 488 nm | 60 mW 100 mW 150 mW 200 mW 300 mW | 30 mW 100 mW |
| Cobolt 06-MLD | 505 nm | 80 mW | 40 mW |
| Cobolt 06-MLD | 515 nm | 80 mW 150 mW | 40 mW 75 mW |
| Cobolt 06-MLD | 520 nm | 80 mW | 40 mW |
| Cobolt 06-DPL | 532 nm | 25 mW 50 mW 100 mW 200 mW 300 mW 400 mW | 25 mW 50 mW 100 mW 200 mW |
| Cobolt 06-DPL | 553 nm | 25 mW 50 mW 100 mW | 25 mW |
| Cobolt 06-DPL | 561 nm | 25 mW 50 mW 100 mW 200 mW | 25 mW 50 mW 100 mW |
| Cobolt 06-DPL | 594 nm | 50 mW 100 mW 150 mW | – |
| Cobolt 06-MLD | 633 nm | 80 mW | – |
| Cobolt 06-MLD | 638 nm | 180 mW | 80 mW |
| Cobolt 06-MLD | 642 nm | 180 mW | 80 mW |
| Cobolt 06-MLD | 647 nm | 130 mW | 60 mW |
| Cobolt 06-MLD | 660 nm | 100 mW | 50 mW |
| Cobolt 06-MLD | 685 nm | 40 mW | 20 mW |
| Cobolt 06-MLD | 690 nm | 200 mW | 75 mW |
| Cobolt 06-MLD | 705 nm | 30 mW | 15 mW |
| Cobolt 06-MLD | 730 nm | 50 mW | 20 mW |
| Cobolt 06-MLD | 760 nm | 25 mW | 15 mW |
| Cobolt 06-MLD | 785 nm | 250 mW | 100 mW |
| Cobolt 06-MLD | 808 nm | 120 mW | 50 mW |
| Cobolt 06-MLD | 830 nm | 250 mW | 100 mW |
| Cobolt 06-MLD | 852 nm | 50 mW | 20 mW |
| Cobolt 06-MLD | 915 nm | 250 mW | 100 mW |
| Cobolt 06-MLD | 940 nm | 250 mW | 75 mW |
| Cobolt 06-MLD | 975 nm | 250 mW | 50 mW |
| Cobolt 06-MLD | 1064 nm | 200 mW | 75 mW |
4.2 HÜBNER Photonics C-WAVE
Laser điều chỉnh được C-WAVE là nguồn sáng laser sóng liên tục (cw) có khả năng điều chỉnh rộng rãi, bao phủ một dải bước sóng chưa từng có trong vùng ánh sáng nhìn thấy và cận hồng ngoại. Laser điều chỉnh được C-WAVE cung cấp nhiều cơ chế điều chỉnh, từ phương pháp điều chỉnh bước sóng hoàn toàn tự động đến các chế độ quét liên tục không cần thay đổi tần số trên hàng chục GHz. Trong hoạt động vòng kín, độ ổn định tần số dài hạn có thể đạt tới +/- 2 MHz trong nhiều giờ. Chúng hoạt động hoàn toàn tự động mà không cần vật tư tiêu hao.
| Mô hình C-WAVE | Dải điều chỉnh | Nguồn ra |
| C-WAVE VIS Công suất thấp | 450 – 525 nm và 540 – 650 nm và 900 – 1050 nm và 1080-1300 nm | lên đến 200 mW lên đến 200 mW lên đến 400 mW lên đến 400 mW |
| C-WAVE VIS Công suất cao | 450 – 525 nm và 540 – 650 nm và 900 – 1050 nm và 1080-1300 nm | lên đến 500 mW lên đến 500 mW lên đến 1 W lên đến 1 W |
| C-WAVE GTR | 500 – 750 nm và 1000 – 1500 nm và 1700-3500 nm | lên đến 1 W lên đến 1.5 W lên đến 2 W |
| Sóng C-WAVE BTS | 700-1000 nm | >750 mW, lên đến 5W @ bước sóng cực đại |
| C-WAVE IR Công suất thấp | 900 – 1050 nm và 1080-1300 nm | lên đến 400 mW lên đến 400 mW |
| C-WAVE IR Công suất cao | 900 – 1050 nm và 1080-1300 nm | lên đến 1 W lên đến 1 W |
| C-WAVE NIR | 1000 – 1500 nm và 1700-3500 nm | lên đến 1.5 W lên đến 2 W |
4.3 Cobolt Qu-T™
Dòng sản phẩm Cobolt Qu-T™ cung cấp khả năng phát xạ CW đơn tần có thể điều chỉnh và khóa được trong dải 700-850 nm với độ linh hoạt cao vốn có ở bước sóng trung tâm và chùm tia TEM00 hoàn hảo. Mỗi bước sóng phát xạ có thể được điều chỉnh thô mà không có khe hở trong phạm vi vài nm và điều chỉnh tinh (không nhảy mode) trong phạm vi hàng chục GHz. Bước sóng laser có thể được khóa chủ động với một tham chiếu bên ngoài bằng cách sử dụng bộ điều khiển piezo tốc độ cao. Kết hợp với khả năng điều chỉnh và khóa như vậy, độ nhiễu cường độ thấp và phát xạ có độ rộng vạch hẹp làm cho các laser này hoàn toàn phù hợp cho các thí nghiệm lượng tử dựa trên chuyển đổi nguyên tử và tạo ra các cặp photon vướng víu thông qua chuyển đổi tham số tự phát.
| Bước sóng trung tâm, ví dụ | 707 nm | 780 nm | 813 nm |
| Điều chỉnh thô | > 4 nm | > 4 nm | > 4 nm |
| Tinh chỉnh | > 10 GHz | > 10 GHz | > 10 GHz |
| Độ rộng đường truyền (1 ms) | <50 kHz | <50 kHz | <50 kHz |
| Công suất đầu ra | > 500 mW | > 500 mW | > 500 mW |
4.4 Hệ thống Laser sợi quang HÜBNER Photonics Ampheia™
Dòng sản phẩm Ampheia™ cung cấp các hệ thống laser sợi quang công suất cao, vượt trội trong việc tăng cường độ nhiễu tương đối cực thấp (RIN) và duy trì hoạt động ở tần số đơn. Các hệ thống laser sợi quang này là các bộ khuếch đại sợi quang được tích hợp laser mồi và đầu dẫn chùm tia. Một hệ thống laser hoàn chỉnh với giá cả phải chăng và hiệu suất laser vượt trội.
| Bước sóng | Công suất đầu ra | Độ rộng vạch quang phổ | Tiếng ồn cường độ tương đối (RIN) | OSNR |
| 532.2 ± 0.3 mét vuông | 5 W | <100 kHz | <-125 dB/Hz | > 70 dB |
| 1064.2 ± 0.6 mét vuông | 20 W 40W 50W | <50 kHz | <-130 dB/Hz | > 70 dB |
5. Sao Wavelength Opto-Electronic Bổ sung cho Hệ thống lượng tử
Wavelength Opto Electronic cung cấp các giải pháp quang học toàn diện và hỗ trợ tư vấn kỹ thuật.
5.1 Wavelength Opto-Electronic Quang học lượng tử độ chính xác cao
Quang học lượng tử độ chính xác cao là nền tảng của các công nghệ lượng tử hiện đại. Các thành phần này—bao gồm thấu kính , gương , bộ lọc và bộ tách chùm tia —được chế tạo với dung sai cực kỳ chính xác để điều khiển và thao tác ánh sáng với độ chính xác vượt trội. Hiệu suất của chúng ảnh hưởng trực tiếp đến độ ổn định, độ trung thực và hiệu quả của các hệ thống quang học, khiến chúng trở nên cực kỳ quan trọng trong các ứng dụng lượng tử.
Quang học lượng tử là không thể thiếu trong viễn thông và mạng lượng tử, nơi chúng duy trì tính toàn vẹn của tín hiệu quang học trên khoảng cách xa. Bộ lọc, bộ tách chùm tia và gương điều khiển bước sóng, phân cực và pha, cho phép định tuyến và ghép kênh tín hiệu có độ chính xác cao. Đặc biệt trong quang tử lượng tử, các thiết bị quang học này hỗ trợ các hoạt động phức tạp như giao thoa photon, phân phối vướng lượng tử và mã hóa pha, tất cả đều yêu cầu tổn thất quang học tối thiểu và độ ổn định tối đa.
Được thiết kế để bền bỉ cũng như đạt hiệu suất cao, các thiết bị quang học độ chính xác cao hiện đại có thể chịu được các môi trường khắc nghiệt trong khi vẫn duy trì các thông số kỹ thuật chính xác của chúng theo thời gian. Sự kết hợp giữa độ tin cậy và độ chính xác này đảm bảo chúng có thể hỗ trợ các ứng dụng tiên tiến, từ các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm đến các thiết bị lượng tử công nghiệp, cuối cùng cho phép phát triển các công nghệ vượt qua giới hạn của đo lường, truyền thông và tính toán.
5.2 Wavelength Opto-Electronic Thấu kính mục tiêu có NA cao
Ống kính mục tiêu có khẩu độ số (NA) cao Đây là công nghệ then chốt giúp hỗ trợ các hệ thống quang tử lượng tử tiên tiến. Wavelength Opto-ElectronicCác thấu kính mục tiêu có khẩu độ số cao (high-NA) được cung cấp mang lại hiệu suất quang học cần thiết cho các ứng dụng khắt khe ở cấp độ lượng tử — kết hợp khả năng thu thập ánh sáng, hội tụ và tạo ảnh được tinh chỉnh kỹ lưỡng.
Độ khẩu cao (NA cao) cho phép thấu kính thu thập ánh sáng trên một góc rộng, giúp cải thiện độ phân giải và tăng hiệu quả thu thập ánh sáng. Điều này cho phép phân giải các chi tiết không gian nhỏ đến mức giới hạn nhiễu xạ và đảm bảo rằng ngay cả các tín hiệu quang học yếu (như huỳnh quang đơn photon hoặc photon tán xạ) cũng có thể được thu nhận hiệu quả. Thấu kính NA cao cho phép hội tụ chùm tia laser (hoặc các nguồn sáng khác) vào các điểm rất nhỏ. Điều này rất cần thiết khi bạn cần độ chính xác không gian cao — ví dụ, nhắm mục tiêu vào các nguyên tử riêng lẻ trong bẫy, điều khiển các qubit đơn lẻ hoặc ghép ánh sáng vào các cấu trúc vi quang học.
Trong các thí nghiệm lượng tử dựa trên việc phát hiện các photon phát ra (ví dụ: huỳnh quang từ nguyên tử/ion, tạo photon đơn, đọc trạng thái lượng tử), khẩu độ số cao (high NA) tối đa hóa hiệu suất thu thập, cải thiện tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu và độ trung thực. Các thấu kính có khẩu độ số cao có thể được thiết kế để phù hợp với các điều kiện môi trường chuyên biệt điển hình trong các thiết lập lượng tử — ví dụ: cửa sổ chân không, buồng đông lạnh hoặc khoảng cách làm việc hẹp — trong khi vẫn duy trì hiệu suất quang học.
5.3 Wavelength Opto-Electronic Bộ điều biến quang học
Trong việc xây dựng các hệ thống quang tử cấp lượng tử (cho điện toán lượng tử, truyền thông lượng tử, cảm biến lượng tử và các ứng dụng tiên tiến khác), việc chỉ có laser ổn định và quang học độ chính xác cao thường là chưa đủ. Bạn cũng cần khả năng điều khiển chủ động: khả năng điều biến, dịch chuyển, lái hướng hoặc cô lập photon với tốc độ cao, độ chính xác cao và nhiễu tối thiểu. Đó là lý do tại sao các thiết bị như bộ điều biến quang âm , bộ điều biến quang điện , bộ chuyển mạch Q và bộ cách ly quang từ trở nên quan trọng. Sau đây là cách chúng được ứng dụng trong bối cảnh lượng tử.
5.3.1 Bộ điều biến quang âm (AOM)
Bộ điều biến âm học (AOM) sử dụng hiệu ứng âm học – sóng âm lan truyền trong tinh thể tạo ra sự điều biến tuần hoàn của chỉ số khúc xạ; ánh sáng đi qua tương tác với mạng lưới chỉ số khúc xạ tuần hoàn này và có thể bị nhiễu xạ, dịch chuyển tần số, lệch hướng hoặc chuyển mạch. Trong các thí nghiệm lượng tử (ví dụ: với các nguyên tử hoặc ion bị bẫy, hoặc các nguồn photon đơn), bạn thường cần tạo ra các xung ánh sáng có hình dạng chặt chẽ, dịch chuyển tần số (ví dụ: cho các chuyển tiếp Raman hoặc xử lý dải biên), hoặc nhanh chóng điều khiển chùm tia để nhắm đến các vị trí nguyên tử hoặc thành phần quang học khác nhau. AOM cho phép thực hiện các khả năng này với tốc độ cao và khả năng kiểm soát triệt tiêu/lệch hướng tốt.
Để mã hóa thông tin lượng tử — ví dụ như trong các giao thức mã hóa pha, tần số hoặc thời gian — AOM có thể đóng vai trò là các phần tử dịch chuyển tần số hoặc bộ điều biến, cho phép kiểm soát chính xác các trạng thái lượng tử của photon. Ví dụ, việc sử dụng AOM để tạo ra sự dịch chuyển pha tương đối giữa các xung trong giao thoa kế vòng sợi quang cho phép phân phối khóa lượng tử ổn định và có độ lỗi thấp.
Vì AOM cho phép điều chế cả biên độ và tần số (hoặc pha thông qua dịch chuyển tần số + thời gian) dưới sự điều khiển điện tử, chúng cung cấp khả năng lập trình động. Điều này làm cho chúng hữu ích cho các thí nghiệm hoặc hệ thống cần cấu hình lại trạng thái lượng tử một cách nhanh chóng, hoặc để ghép kênh/định tuyến photon.
Tóm lại: điều biến quang âm đặc biệt phù hợp với các nhiệm vụ quang tử lượng tử đòi hỏi chuyển mạch nhanh, điều khiển tần số, định hình xung hoặc điều khiển chùm tia trong không gian — khiến AOM trở nên không thể thiếu trong nhiều thiết lập lượng tử dựa trên nguyên tử lạnh, photon đơn hoặc sợi quang.
5.3.2 Bộ điều biến điện quang (EOM)
Các thiết bị đo điện quang (EOM) khai thác các vật liệu có chiết suất thay đổi dưới tác dụng của điện trường (hiệu ứng điện quang). Sự thay đổi chiết suất này có thể điều chỉnh pha, tần số, phân cực hoặc biên độ của ánh sáng đi qua. Trong điện toán lượng tử quang tử — đặc biệt là trong các kiến trúc dựa trên giao thoa kế / mạch quang tử tích hợp — EOM thường được sử dụng để thực hiện các chức năng tương đương với "cổng": bộ dịch pha, bộ điều biến hoặc công tắc thay đổi cách photon giao thoa hoặc lan truyền.
Đối với phân phối khóa lượng tử (QKD) hoặc các giao thức truyền thông lượng tử khác, EOM có thể mã hóa các trạng thái lượng tử lên photon (pha, phân cực, biên độ, độ phân cực) với tốc độ cao, độ ổn định và khả năng lặp lại tốt.
Các công nghệ lượng tử mới nổi đang khám phá các hệ thống lai – ví dụ như chuyển đổi thông tin lượng tử trong miền vi sóng (được sử dụng trong các qubit siêu dẫn) thành photon quang học thông qua các giao diện điện quang. Một số “bộ chuyển đổi điện quang lượng tử” thử nghiệm dựa trên điều chế kiểu EOM để kết nối các nền tảng lượng tử khác nhau (vi sóng ↔ quang học), cho phép khả năng tương tác giữa các công nghệ lượng tử khác nhau.
Đối với các hệ thống yêu cầu bao hình xung chính xác, điều khiển cổng hoặc điều chế băng thông cao (ví dụ: tạo ánh sáng nén, tạo vướng lượng tử, định thời cổng lượng tử), EOM cung cấp một phương pháp nhanh chóng, sạch sẽ và có thể kiểm soát được để định hình các xung quang học.
Do đó, bộ điều biến điện quang là thành phần nền tảng trong các thiết bị lượng tử quang tử tích hợp — hỗ trợ việc chuẩn bị, kiểm soát và thao tác trạng thái lượng tử ổn định, có độ chính xác cao.
5.3.3 Bộ cách ly từ quang
Các bộ cách ly từ quang (ví dụ: dựa trên hiệu ứng Faraday) được sử dụng để đảm bảo sự truyền ánh sáng không đối xứng — nghĩa là, cho phép ánh sáng đi theo một hướng, nhưng chặn/làm giảm bất kỳ sự phản xạ hoặc truyền ngược nào. Điều này ngăn ánh sáng phản xạ ngược quay trở lại và gây nhiễu nguồn laser hoặc các thành phần quang học nhạy cảm.
Trong các hệ thống lượng tử — đặc biệt là những hệ thống sử dụng nguồn laser có độ rộng vạch hẹp hoặc độ kết hợp cao (để làm mát, bẫy, vướng víu, giao thoa, cổng lượng tử, v.v.) — sự phản xạ ngược hoặc phản hồi không mong muốn có thể làm suy giảm độ kết hợp, gây nhiễu hoặc làm mất ổn định hệ thống. Bộ cách ly từ quang giúp duy trì các đường dẫn một chiều ổn định, bảo vệ nguồn và giữ gìn độ tinh khiết và tính kết hợp của các trạng thái lượng tử.
Khi kết hợp laser, bộ điều biến, quang học định hình chùm tia , khoang cộng hưởng hoặc giao thoa kế, việc cách ly không đối xứng là chìa khóa để ngăn ngừa nhiễu, phản xạ ký sinh hoặc phản hồi sai lệch có thể làm gián đoạn các hoạt động lượng tử hoặc làm giảm độ chính xác. Các bộ cách ly Faraday được thiết kế tốt giúp xây dựng phần cứng quang tử lượng tử mạnh mẽ và đáng tin cậy — đặc biệt là đối với các hệ thống được thiết kế để hoạt động ổn định lâu dài (ví dụ: liên kết truyền thông lượng tử, cảm biến lượng tử, đồng hồ quang học).
Do đó, mặc dù các bộ cách ly từ quang không trực tiếp "mã hóa" thông tin lượng tử, chúng đóng vai trò hỗ trợ quan trọng: đảm bảo phần còn lại của chuỗi quang tử lượng tử hoạt động đáng tin cậy, trơn tru và không bị nhiễu loạn không mong muốn.
6. Các trường hợp sử dụng trong công nghiệp và nghiên cứu
6.1 Hệ thống thử nghiệm của Phòng thí nghiệm Truyền thông Lượng tử
Trong các hệ thống truyền thông lượng tử thử nghiệm, việc tạo ra, điều biến và phát hiện photon phải được thực hiện với độ ổn định về thời gian và phổ hoàn hảo. Các laser có độ rộng vạch hẹp ở bước sóng viễn thông đóng vai trò là nguồn photon đáng tin cậy, cho phép truyền dẫn đường dài thông qua các mạng cáp quang tiêu chuẩn. Bộ điều biến pha tạo ra các biến đổi được kiểm soát trong pha của photon, tạo thành cơ sở của các giao thức mã hóa khóa lượng tử được sử dụng trong các cuộc trình diễn QKD.
Hệ thống lược tần số cung cấp xung nhịp chính xác cần thiết để đồng bộ hóa trạm gửi và trạm nhận ở thang thời gian atto giây. Cùng nhau, các thành phần quang học này hỗ trợ một hệ thống thử nghiệm truyền thông lượng tử tích hợp hoàn chỉnh, cho phép trao đổi khóa an toàn với tổn hao kênh thấp và hiện tượng mất tính kết hợp tín hiệu được triệt tiêu — lý tưởng để xác thực phần cứng mã hóa lượng tử và các nguyên mẫu mạng.
6.2 Tương tác lượng tử giữa nguyên tử và ánh sáng trong vật lý nguyên tử lạnh
Cảm biến lượng tử và đồng hồ nguyên tử dựa trên sự thao tác quang học đối với các nguyên tử lạnh như rubidium hoặc cesium. Tia laser ở bước sóng cộng hưởng nguyên tử được sử dụng để làm lạnh, bẫy và kích thích các nguyên tử vào các trạng thái lượng tử xác định rõ. Để duy trì tính mạch lạc trong suốt các thí nghiệm, thấu kính mục tiêu có khẩu độ lớn (high-NA) và quang học định hình chùm tia đảm bảo truyền sóng sạch và chiếu sáng đồng đều vào các bẫy từ quang học hoặc kẹp quang học.
Việc tham chiếu tần số thông qua lược quang học giúp ổn định các laser thăm dò ở tần số chuyển tiếp nguyên tử cần thiết, cho phép kiểm soát chính xác các quá trình hấp thụ/phát xạ photon đơn. Sự kết hợp này cho phép kiểm soát thành công các mức năng lượng nguyên tử để nghiên cứu về bộ nhớ lượng tử, nguồn photon kết hợp và các chuẩn thời gian chính xác thế hệ tiếp theo.
6.3 Phát triển mạch quang lượng tử tích hợp
Khi các chip quang tử lượng tử phát triển, các đường dẫn quang học trong không gian tự do và ghép nối bằng sợi quang phải hoạt động với độ chính xác không gian đặc biệt cao. Hệ thống quang học hội tụ độ chính xác cao được sử dụng để đưa photon vào các ống dẫn sóng, trong khi các thấu kính điều hướng chùm tia cho phép định tuyến có thể điều chỉnh được giữa các phần tử quang tử trên chip.
Các nguồn laser kết hợp, siêu ổn định cung cấp sự kích thích cần thiết cho các thí nghiệm vướng lượng tử và giao thoa. Bộ điều biến điện quang điều khiển sự lan truyền photon trong thời gian thực, hoạt động như các toán tử logic lượng tử nhanh. Chiến lược này cho phép định hình chính xác các mạch lượng tử quang học — hỗ trợ các kiến trúc có khả năng mở rộng cho điện toán lượng tử photon và phân phối vướng lượng tử tiên tiến.
6.4 Quang phổ lượng tử và đo lường trong miền tần số
Trong quang phổ lượng tử, các nhà nghiên cứu điều tra các dấu hiệu phân tử, trạng thái spin và sự dịch chuyển năng lượng tinh tế với độ phân giải cực cao. Các lược tần số trải rộng trên các dải phổ lớn với các đường quang học được phân bố đều và khóa pha, cho phép phân tích miền tần số chính xác. Khi được kết hợp với các bộ lọc giảm chói và quang học hội tụ hiệu suất cao, các hệ thống này phát hiện các tương tác ở cấp độ lượng tử mà trước đây không thể phân biệt được.
Hiệu suất đạt được thúc đẩy các nghiên cứu cơ bản trong vật lý chất rắn, hóa học phân tử và cảm biến chính xác, nơi ngay cả những thay đổi nhỏ nhất của môi trường cũng có thể được đo lường với độ nhạy giới hạn lượng tử.
6.5 Cách ly photon và bảo vệ tính mạch lạc
Các thí nghiệm lượng tử rất nhạy cảm với hiện tượng phản xạ ngược và phản hồi lạc. Bộ cách ly từ quang bảo vệ laser và các trạng thái lượng tử nhạy cảm bằng cách đảm bảo sự truyền photon một chiều. Điều này bảo toàn tính mạch lạc, ngăn ngừa nhiễu loạn khoang cộng hưởng và duy trì tính toàn vẹn pha trong các hệ thống có hệ số Q cao như máy phát ánh sáng nén hoặc nguồn photon vướng víu.
Sự cách ly như vậy là điều cần thiết bất cứ khi nào các laser siêu ổn định tương tác với các tinh thể phi tuyến tính, chip quang tử hoặc nền tảng lượng tử dựa trên chân không.
7. Phần kết luận
Công nghệ quang tử lượng tử nắm giữ chìa khóa cho những đột phá trong điện toán, truyền thông và cảm biến, và sự thành công của nó phụ thuộc vào khả năng kiểm soát tuyệt đối ánh sáng - một thách thức chỉ có thể đạt được với các hệ thống quang học có độ chính xác cao. Wavelength Opto-Electronic Cung cấp các yếu tố nền tảng cho cuộc cách mạng này thông qua các sản phẩm quang học cốt lõi như... ống kính tùy chỉnh, lớp phủ, bộ điều biếnvà giải pháp định hình chùm tia; nguồn laser lượng tử, Bao gồm cả Dòng Cobolt của HÜBNER Photonics; điều khiển tần số chính xác với Dải tần số quang học của Menlo Systemsvà hỗ trợ kỹ thuật hệ thống toàn diện cho thiết kế, tinh chỉnh và tích hợp. Cùng nhau, những giải pháp này cho phép các nhà nghiên cứu và đối tác công nghiệp đẩy nhanh quá trình phát triển lượng tử một cách tự tin. Wavelength Opto-Electronic Chúng tôi hoan nghênh sự hợp tác với các phòng thí nghiệm nghiên cứu, các nhà tích hợp hệ thống, các nhà sản xuất quang tử và các công ty khởi nghiệp công nghệ lượng tử khi chúng ta cùng nhau xây dựng tương lai của ngành quang tử - từ điều khiển photon đơn lẻ đến cơ sở hạ tầng lượng tử quy mô lớn.
