Pekingský inštitút pre kvantové informácie: Pomocou vláknovej{0}}integrovanej frekvenčnej konverzie na dosiahnutie distribúcie kvantového zapletenia na viac ako 100 kilometrov
V 60. rokoch 20. storočia nástup lasera otvoril novú éru vedy a aplikácií. Od skenovania kódu v supermarkete až po operáciu krátkozrakosti, tradičná laserová technológia manipulácie s fotónmi je už dlho integrovaná do každodenného života. V posledných dvoch desaťročiach vedci úspešne vyvinuli nové lasery, ktoré dokážu ovládať „fonóny“ (kvantizované energetické jednotky mechanických vibrácií). Očakáva sa, že presné riadenie fonónov prinesie laserovej technológii viac možností, ako napríklad využitie jedinečných kvantových vlastností, ako sú zapletené stavy.
Výskumný tím z University of Rochester a Rochester Institute of Technology v Spojených štátoch nedávno vyvinul duálny -režimový komprimovaný fonónový laser, ktorý dokáže dosiahnuť vysokú-presnú kontrolu fonónov na úrovni nanometrov.
Výskumný tím publikoval súvisiaci článok v časopise Nature Communications, v ktorom podrobne popisuje, ako umožniť kvantám mechanických vibrácií nanometrov (fonóny) zachovať koherentný výstup podobný laseru a zároveň dosiahnuť kompresiu tepelného šumu prostredníctvom duálneho{1}}režimového spojenia a nelineárneho chladenia, čím sa výrazne znížia fluktuácie fonónových laserov.
Profesor Nick Vamivakas, jeden zo zodpovedajúcich autorov článku, a jeho spolupracovníci demonštrovali fonónový laser prvýkrát v roku 2019. Použili optickú pinzetu na zachytenie a suspendovanie nanočastíc vo vákuu a prostredníctvom ich mechanických oscilácií dosiahli koherentnú osciláciu fonónov.
Aby však bola táto technológia použiteľná na vysoko{0}}presné merania, museli prekonať kľúčový problém-šum, rušenie, ktoré narúša presné čítanie signálov. Tento problém existuje vo fotónových aj fonónových laseroch.
"Laser sa javí voľným okom ako stabilný lúč svetla, ale v skutočnosti existuje veľké množstvo fluktuácií, ktoré môžu do procesu merania vniesť šum." Nick Vamivakas vysvetlil: "Dosiahli sme efektívne potlačenie fluktuácií fonónového lasera aplikáciou modulácie parametrickej väzby na dva oscilačné režimy v závesnom systéme optickej pinzety v kombinácii s nelineárnym chladením parametrov."
Tento obrázok ukazuje základné zariadenie a princíp experimentu. (a) ilustruje systém zavesenia optickej pinzety a spôsob, ako dosiahnuť dvoj{1}}spojenie režimov prostredníctvom modulácie; b) vysvetľuje generovanie asymetrických potenciálových vrtov a rotačný spojovací mechanizmus; () vizuálne predstavuje proces konverzie fonónu smerom nadol- so súčtom dvoch frekvencií ako riadiacej frekvencie prostredníctvom diagramu energetickej úrovne, čo je fyzikálny základ pre dosiahnutie duálneho-režimu kompresie.
Hlavným prelomom výskumného tímu je realizácia duálneho{0}}režimu termomechanickej kompresie: na dvoch ortogonálnych vibračných režimoch x a y suspendovaných nanočastíc oxidu kremičitého (priemer 100 nm) v optických pinzetách sa ako hnacia frekvencia pre moduláciu spojenia použije súčet frekvencií dvoch režimov. Súčasne v kombinácii s nelineárnym chladením parametrov je systém stabilizovaný, priamo komprimuje a znižuje vlastný tepelný šum fonónového lasera.
Nick Vamivakas povedal, že táto schopnosť potláčania šumu umožňuje, aby presnosť merania zrýchlenia systému prekonala tradičné technológie merania fotónovým laserom a rádiofrekvenčnými vlnami.
