संयुक्त राज्य अमेरिका में मैरीलैंड विश्वविद्यालय के संयुक्त क्वांटम संस्थान (जेक्यूआई) की एक वैज्ञानिक अनुसंधान टीम ने हाल ही में सफलतापूर्वक एक नई चिप विकसित की है जो बाहरी नियंत्रण के बिना कई रंगों के लेजर को स्थिर रूप से परिवर्तित और उत्पादित कर सकती है। इस सफलता से सेमीकंडक्टर प्रौद्योगिकी क्रांति के अनुरूप फोटोनिक एकीकरण प्रौद्योगिकी को बढ़ावा मिलने की उम्मीद है, जिससे क्वांटम संचार नेटवर्क और सटीक ऑप्टिकल उपकरणों के व्यावहारिक उपयोग का मार्ग प्रशस्त होगा।
वर्षों से, वैज्ञानिक लेजर, लेंस और दर्पण जैसे बड़े पैमाने के ऑप्टिकल प्रयोगात्मक उपकरणों को छोटा करने और उन्हें एक नाखून के आकार के चिप्स पर एकीकृत करने के लिए कड़ी मेहनत कर रहे हैं। डेटा संचार गति बढ़ाने, अल्ट्रा-हाई-प्रिसिजन परमाणु घड़ियां बनाने और इलेक्ट्रॉनिक सिग्नल के बजाय प्रकाश का उपयोग करने वाले क्वांटम कंप्यूटरों को स्केल करने के लिए इन उपकरणों को छोटा करना महत्वपूर्ण है। हालाँकि, कई नई आवृत्तियों की पीढ़ी को प्राप्त करने के लिए एक छोटी चिप पर एक मोनोक्रोमैटिक लेजर को कई घटकों में कैसे विभाजित किया जाए, यह हमेशा एक समस्या रही है जो इस क्षेत्र को परेशान करती है।
मैरीलैंड की एक शोध टीम ने अब इस कठिनाई पर काबू पा लिया है। उन्होंने एक चिप डिज़ाइन और निर्मित की जो लेजर प्रकाश के एक ही रंग को प्रकाश की तीन अलग-अलग आवृत्तियों में परिवर्तित करती है। इससे भी महत्वपूर्ण बात यह है कि इस प्रक्रिया के लिए बाहरी सक्रिय इनपुट या जटिल फाइन-ट्यूनिंग की आवश्यकता नहीं होती है, जिससे एकीकृत ऑप्टिकल सिग्नल की पुनरावृत्ति और स्थिरता में काफी सुधार होता है। प्रासंगिक परिणाम साइंस पत्रिका में प्रकाशित किए गए हैं।
प्रिज्म जैसे पारंपरिक ऑप्टिकल उपकरणों के विपरीत, जो केवल मौजूदा रंगों को तोड़ने के लिए ज़िम्मेदार हैं, यह चिप नई प्रकाश आवृत्तियों को "बना" सकती है जो मूल रूप से मौजूद नहीं हैं। नई प्रकाश आवृत्तियों को प्राप्त करना गैर-रेखीय ऑप्टिकल प्रभावों पर निर्भर करता है - केवल उच्च-तीव्रता वाली रोशनी सामग्री के ऑप्टिकल गुणों को बदलती है, जो बदले में प्रकाश को प्रभावित करती है। इस प्रकार के अरेखीय प्रभाव की खोज 60 वर्ष से भी पहले की गई थी (जैसे कि 1961 में "दूसरी हार्मोनिक पीढ़ी"), लेकिन यह प्रभाव स्वयं बहुत कमजोर है और अतीत में इसका प्रभावी ढंग से दोहन करना मुश्किल रहा है।
आधुनिक एकीकृत फोटोनिक चिप्स छोटे गुंजयमान गुहाओं का उपयोग करते हैं जिनमें प्रकाश लाखों बार प्रसारित होता है, जो गैर-रेखीय प्रभावों को बढ़ाता है। लेकिन फिर भी, चिप के निर्माण, तापमान, संरचना आदि में छोटे बदलाव अभी भी आउटपुट आवृत्ति संयोजन को बेहद अस्थिर बनाते हैं।
जेक्यूआई टीम का नया समाधान एक गुंजयमान गुहा को डिजाइन करके बार-बार समायोजन की आवश्यकता को पूरी तरह से समाप्त कर देता है जो आवश्यक गैर-रेखीय इंटरैक्शन को "पूर्वाग्रह" करता है। प्रोजेक्ट लीडर, जेक्यूआई शोधकर्ता और मैरीलैंड विश्वविद्यालय में इलेक्ट्रिकल और कंप्यूटर इंजीनियरिंग और भौतिकी विभाग में प्रोफेसर मोहम्मद हाफेजी ने कहा कि यह उपलब्धि न केवल प्रदर्शन में सुधार करती है, बल्कि बड़े पैमाने पर उत्पादन और वास्तविक एकीकरण के लिए प्रतिकृति भी प्रदान करती है। चिप सक्रिय नियंत्रण की आवश्यकता के बिना लगातार एक ही स्पेक्ट्रम का उत्पादन कर सकती है, जिससे बड़े पैमाने पर फोटोनिक सिस्टम को एकीकृत करने की कठिनाई को काफी सरल बनाने की उम्मीद है।
जैसे-जैसे ऑन-चिप फ़्रीक्वेंसी जेनरेशन तकनीक विश्वसनीय होती जाती है, यह भविष्य में फोटॉन-आधारित क्वांटम सूचना प्रसारण का मुख्य आधार बन सकती है। प्रत्येक हल्का रंग एक अद्वितीय आवृत्ति से मेल खाता है। कई आवृत्तियों के परमाणु-स्तर के स्थिर संयोजन से चरण, दूरी और समय-संवेदनशील पहचान की सटीकता में काफी सुधार होगा, जिससे क्वांटम कंप्यूटिंग और पोर्टेबल परमाणु घड़ियों जैसे अत्याधुनिक क्षेत्रों को लाभ होगा।