Pekingi kvantteabe instituut: kiud{0}}integreeritud sageduste muundamise kasutamine kvantpõimumise jaotuse saavutamiseks 100 kilomeetri ulatuses
1960. aastatel avas laseri tulek teaduse ja rakenduste uue ajastu. Alates supermarketi koodi skaneerimisest ja lõpetades lühinägelikkuse operatsiooniga, on traditsiooniline laserfootoniga manipuleerimise tehnoloogia juba ammu igapäevaellu integreeritud. Viimase kahe aastakümne jooksul on teadlased edukalt välja töötanud uued laserid, mis suudavad juhtida "fonone" (mehaaniliste vibratsioonide kvantiseeritud energiaühikud). Eeldatakse, et fononite täpne juhtimine toob lasertehnoloogiasse rohkem võimalusi, näiteks unikaalsete kvantomaduste, nagu takerdunud olekud, ärakasutamine.
Rochesteri ülikooli ja Ameerika Ühendriikide Rochesteri Tehnoloogiainstituudi uurimisrühm töötas hiljuti välja kahe{0}}režiimiga kokkusurutud fonoonlaseri, mis võimaldab saavutada fonoonide kõrget-täpsust nanomeetri skaalal.
Uurimisrühm avaldas ajakirjas Nature Communications sellekohase artikli, milles kirjeldatakse üksikasjalikult, kuidas võimaldada nanomõõtmelistel mehaanilistel vibratsioonikvantidel (fonoonidel) säilitada laser-taoline koherentne väljund, saavutades samal ajal termilise müra kokkusurumise kahe-režiimi ja mittelineaarse jahutuse kaudu, vähendades seeläbi oluliselt fonoonlaserite kõikumisi.
Professor Nick Vamivakas, üks töö vastavatest autoreist, ja tema kaastöötajad demonstreerisid fonoonlaserit esimest korda 2019. aastal. Nad kasutasid nanoosakeste vaakumis püüdmiseks ja suspendeerimiseks optilisi pintsette ning saavutasid nende mehaaniliste võnkumiste kaudu fononite koherentse võnkumise.
Kuid selleks, et muuta see tehnoloogia ülitäpseteks mõõtmisteks kasutatavaks, pidid nad ületama peamise väljakutse-müra – häired, mis segavad signaalide täpset lugemist. See probleem esineb nii footon- kui ka fonoonlaserites.
"Laser näib palja silmaga stabiilse valgusvihuna, kuid tegelikult esineb palju kõikumisi, mis võivad mõõtmisprotsessi müra tuua." Nick Vamivakas selgitas: "Saavutasime fononlaseri kõikumiste tõhusa summutamise, rakendades optiliste pintsettide vedrustussüsteemi kahele võnkerežiimile parameetrilist sidestusmodulatsiooni koos mittelineaarse parameetrijahutusega."
Sellel joonisel on näidatud katse põhiseade ja põhimõte. (a) illustreerib optiliste pintsettide vedrustussüsteemi ja seda, kuidas saavutada modulatsiooni abil kahe-režiimi ühendus; (b) selgitab asümmeetriliste potentsiaalikaevude teket ja pöörlevat sidumismehhanismi; () esitab energiataseme diagrammi kaudu visuaalselt fononi alla-muundamise protsessi kahe sageduse summaga juhtimissagedusena, mis on kaherežiimilise-tihenduse saavutamise füüsiline alus.
Uurimisrühma põhiline läbimurre on kahe -režiimiga termomehhaanilise kokkusurumise realiseerimine: optilistes pintsettide suspendeeritud ränidioksiidi nanoosakeste (läbimõõt 100 nm) kahel ortogonaalsel vibratsioonirežiimil x ja y kasutatakse sidestamise modulatsiooni sagedusena kahe režiimi sageduste summat. Samal ajal koos mittelineaarse parameetrijahutusega süsteem stabiliseerub, surudes otseselt kokku ja vähendades fonoonlaserile omast soojusmüra.
Nick Vamivakas ütles, et see mürasummutusvõime võimaldab süsteemi kiirenduse mõõtmise täpsusega ületada traditsioonilisi footonlaseri ja raadiosageduslainete mõõtmistehnoloogiaid.
