Pekingský institut pro kvantové informace: Použití vláknové{0}}integrované frekvenční konverze k dosažení distribuce kvantového zapletení na vzdálenost 100 kilometrů
V 60. letech 20. století nástup laseru otevřel novou éru vědy a aplikací. Tradiční technologie laserové manipulace s fotony je již dlouho integrována do každodenního života, od skenování kódu supermarketu po operaci krátkozrakosti. V posledních dvou desetiletích vědci úspěšně vyvinuli nové lasery, které dokážou ovládat „fonony“ (kvantované energetické jednotky mechanických vibrací). Očekává se, že přesné řízení fononů přinese laserové technologii více možností, jako je využití jedinečných kvantových vlastností, jako jsou provázané stavy.
Výzkumný tým z University of Rochester a Rochester Institute of Technology ve Spojených státech nedávno vyvinul duální -režim komprimovaného fononového laseru, který může dosáhnout vysoce-přesného řízení fononů v nanometrovém měřítku.
Výzkumný tým publikoval související článek v časopise Nature Communications, v němž podrobně popisuje, jak umožnit kvantům mechanických vibrací v nanoměřítku (fononů) zachovat koherentní výstup podobný laseru{0}} a zároveň dosáhnout komprese tepelného šumu prostřednictvím duální{1}}vazby a nelineárního chlazení, čímž se výrazně omezí fluktuace fononových laserů.
Profesor Nick Vamivakas, jeden z odpovídajících autorů článku, a jeho spolupracovníci předvedli fononový laser poprvé v roce 2019. Použili optickou pinzetu k zachycení a suspendování nanočástic ve vakuu a dosáhli koherentní oscilace fononů prostřednictvím jejich mechanických oscilací.
Aby však tato technologie byla použitelná pro vysoce{0}}přesná měření, museli překonat klíčový problém-šum, rušení, které narušuje přesné čtení signálů. Tento problém existuje u fotonových i fononových laserů.
"Laser se jeví pouhým okem jako stabilní paprsek světla, ale ve skutečnosti existuje velké množství fluktuací, které mohou do procesu měření vnést šum." Nick Vamivakas vysvětlil: "Dosáhli jsme účinného potlačení fluktuací fononového laseru aplikací modulace parametrické vazby na dva oscilační režimy v systému zavěšení optických pinzet v kombinaci s nelineárním chlazením parametrů."
Tento obrázek ukazuje základní zařízení a princip experimentu. (a) ilustruje systém zavěšení optické pinzety a způsob, jak pomocí modulace dosáhnout spojení se dvěma-režimy; (b) vysvětluje generování asymetrických potenciálových vrtů a rotační spojovací mechanismus; () vizuálně prezentuje proces konverze fononu dolů-se součtem dvou frekvencí jako hnací frekvence prostřednictvím diagramu energetické úrovně, což je fyzický základ pro dosažení duální komprese-režimu.
Stěžejním průlomem výzkumného týmu je realizace termomechanické komprese v duálním -režimu: na dvou ortogonálních vibračních režimech x a y suspendovaných nanočástic oxidu křemičitého (průměr 100 nm) v optických pinzetách se jako hnací frekvence pro vazební modulaci použije součet frekvencí dvou vidů. Současně v kombinaci s nelineárním chlazením parametrů je systém stabilizován, přímo komprimuje a snižuje vlastní tepelný šum fononového laseru.
Nick Vamivakas řekl, že tato schopnost potlačení šumu umožňuje, aby přesnost měření zrychlení systému předčila tradiční technologie měření fotonových laserů a radiofrekvenčních vln.
