Ινστιτούτο Κβαντικών Πληροφοριών του Πεκίνου: Χρήση ίνας-ενσωματωμένης μετατροπής συχνότητας για την επίτευξη κατανομής κβαντικής εμπλοκής πάνω από 100 χιλιόμετρα
Στη δεκαετία του 1960, η εμφάνιση του λέιζερ άνοιξε μια νέα εποχή επιστήμης και εφαρμογής. Από τη σάρωση κωδικών σούπερ μάρκετ έως τη χειρουργική επέμβαση μυωπίας, η παραδοσιακή τεχνολογία χειρισμού φωτονίων με λέιζερ έχει ενσωματωθεί εδώ και πολύ καιρό στην καθημερινή ζωή. Τις τελευταίες δύο δεκαετίες, οι επιστήμονες ανέπτυξαν με επιτυχία νέα λέιζερ που μπορούν να ελέγχουν «φωνόνια» (κβαντισμένες μονάδες ενέργειας μηχανικών δονήσεων). Ο ακριβής έλεγχος των φωνονίων αναμένεται να προσφέρει περισσότερες δυνατότητες στην τεχνολογία λέιζερ, όπως η αξιοποίηση μοναδικών κβαντικών ιδιοτήτων όπως οι εμπλεκόμενες καταστάσεις.
Μια ερευνητική ομάδα από το Πανεπιστήμιο του Ρότσεστερ και το Ινστιτούτο Τεχνολογίας του Ρότσεστερ στις Ηνωμένες Πολιτείες ανέπτυξε πρόσφατα ένα λέιζερ συμπιεσμένου φωνονίου διπλής-λειτουργίας που μπορεί να επιτύχει έλεγχο υψηλής ακρίβειας των φωνονίων σε κλίμακα νανομέτρων.
Η ερευνητική ομάδα δημοσίευσε μια σχετική εργασία στο περιοδικό Nature Communications, όπου περιγράφεται λεπτομερώς πώς να επιτραπεί στα κβάντα μηχανικών δονήσεων νανοκλίμακας (φωνόνια) να διατηρήσουν συνεκτική απόδοση όπως το λέιζερ, ενώ επιτυγχάνεται συμπίεση θερμικού θορύβου μέσω σύζευξης διπλού{{1}τρόπου και μη γραμμικής ψύξης, με αποτέλεσμα τη σημαντική μείωση της ροής του λέιζερ.
Ο καθηγητής Νικ Βαμιβάκας, ένας από τους αντίστοιχους συγγραφείς της εργασίας, και οι συνεργάτες του επέδειξαν το λέιζερ φωνονίων για πρώτη φορά το 2019. Χρησιμοποίησαν οπτικά τσιμπιδάκια για να συλλάβουν και να αναρτήσουν νανοσωματίδια στο κενό και πέτυχαν συνεκτική ταλάντωση των φωνονίων μέσω των μηχανικών τους.
Ωστόσο, για να γίνει αυτή η τεχνολογία χρησιμοποιήσιμη για μετρήσεις υψηλής Αυτό το πρόβλημα υπάρχει και στα λέιζερ φωτονίων και φωνονίων.
«Το λέιζερ εμφανίζεται με γυμνό μάτι ως μια σταθερή δέσμη φωτός, αλλά στην πραγματικότητα υπάρχει ένας μεγάλος αριθμός διακυμάνσεων, που μπορούν να εισάγουν θόρυβο στη διαδικασία μέτρησης». Ο Νικ Βαμιβάκας εξήγησε, «Πετύχαμε αποτελεσματική καταστολή των διακυμάνσεων λέιζερ φωνονίων εφαρμόζοντας παραμετρική διαμόρφωση σύζευξης στους δύο τρόπους ταλάντωσης στο σύστημα ανάρτησης οπτικών τσιμπίδων, σε συνδυασμό με ψύξη μη γραμμικής παραμέτρου».
Αυτό το σχήμα δείχνει τη βασική συσκευή και την αρχή του πειράματος. (α) απεικονίζει το σύστημα ανάρτησης οπτικών λαβίδων και τον τρόπο επίτευξης σύζευξης δύο-τρόπων μέσω διαμόρφωσης· (β) εξηγεί τη δημιουργία φρεατίων ασύμμετρου δυναμικού και τον μηχανισμό περιστροφικής σύζευξης. () παρουσιάζει οπτικά τη διαδικασία μετατροπής του φωνονιού προς τα κάτω-με το άθροισμα δύο συχνοτήτων ως συχνότητα οδήγησης μέσω του διαγράμματος ενεργειακών επιπέδων, το οποίο αποτελεί τη φυσική βάση για την επίτευξη συμπίεσης διπλού-τρόπου.
Το βασικό επίτευγμα της ερευνητικής ομάδας είναι η πραγματοποίηση της θερμομηχανικής συμπίεσης διπλού-τρόπου: στους δύο ορθογώνιους τρόπους δόνησης των x και y αιωρούμενων νανοσωματιδίων πυριτίου (διάμετρος 100 nm) σε οπτικά τσιμπιδάκια, χρησιμοποιείται το άθροισμα των δύο λειτουργιών λειτουργίας ως συχνότητες συναρμολόγησης. Ταυτόχρονα, σε συνδυασμό με τη μη γραμμική ψύξη παραμέτρων, το σύστημα σταθεροποιείται, συμπιέζοντας και μειώνοντας άμεσα τον εγγενή θερμικό θόρυβο του λέιζερ φωνονίων.
Ο Νίκος Βαμιβάκας είπε ότι αυτή η ικανότητα καταστολής θορύβου επιτρέπει στην ακρίβεια μέτρησης της επιτάχυνσης του συστήματος να ξεπεράσει τις παραδοσιακές τεχνολογίες μέτρησης λέιζερ φωτονίων και κυμάτων ραδιοσυχνοτήτων.
