Pekinški institut za kvantne informacije: korištenje-integrirane pretvorbe frekvencije za postizanje kvantne distribucije isprepletenosti preko 100 kilometara
Šezdesetih godina prošlog stoljeća, pojava lasera otvorila je novu eru znanosti i primjene. Od skeniranja kodova supermarketa do operacije kratkovidnosti, tradicionalna laserska tehnologija manipulacije fotonima odavno je integrirana u svakodnevni život. U posljednja dva desetljeća znanstvenici su uspješno razvili nove lasere koji mogu kontrolirati "fonone" (kvantizirane jedinice energije mehaničkih vibracija). Očekuje se da će precizna kontrola fonona donijeti više mogućnosti laserskoj tehnologiji, kao što je iskorištavanje prednosti jedinstvenih kvantnih svojstava kao što su zapletena stanja.
Istraživački tim sa Sveučilišta u Rochesteru i Instituta za tehnologiju Rochester u Sjedinjenim Američkim Državama nedavno je razvio dvo-komprimirani fononski laser koji može postići visoko-preciznu kontrolu fonona na nanometarskoj skali.
Istraživački tim objavio je srodni rad u časopisu Nature Communications, u kojem se detaljno opisuje kako omogućiti kvantima mehaničke vibracije (fononima) u nanorazmjeru da zadrže koherentan izlaz poput-lasera uz postizanje toplinske kompresije šuma putem spajanja dvostrukog-moda i nelinearnog hlađenja, čime se značajno smanjuju fluktuacije fononskih lasera.
Profesor Nick Vamivakas, jedan od dopisnih autora rada, i njegovi suradnici prvi su put demonstrirali fononski laser 2019. Koristili su optičku pincetu za hvatanje i suspendiranje nanočestica u vakuumu te postigli koherentnu oscilaciju fonona kroz njihove mehaničke oscilacije.
Međutim, kako bi ovu tehnologiju učinili upotrebljivom za visoko{0}}precizna mjerenja, morali su prevladati ključni izazov-šum, smetnje koje ometaju točna očitavanja signala. Ovaj problem postoji i kod fotonskih i kod fononskih lasera.
"Laser se golim okom čini kao stabilna zraka svjetlosti, ali zapravo postoji veliki broj fluktuacija, koje mogu unijeti šum u proces mjerenja." Nick Vamivakas je objasnio: "Postigli smo učinkovito potiskivanje fluktuacija fononskog lasera primjenom parametarske spregnute modulacije na dva načina osciliranja u sustavu ovjesa optičkih pinceta, u kombinaciji s nelinearnim hlađenjem parametara."
Ova slika prikazuje temeljni uređaj i princip eksperimenta. (a) ilustrira sustav ovjesa optičke pincete i kako postići dvo-sprezanje načina modulacijom; (b) objašnjava stvaranje asimetričnih potencijalnih jažica i mehanizam rotacijske sprege; () vizualno predstavlja proces pretvorbe-fonona prema dolje sa zbrojem dviju frekvencija kao pogonskom frekvencijom kroz dijagram razine energije, što je fizička osnova za postizanje kompresije u dvostrukom-modu.
Temeljni napredak istraživačkog tima je realizacija dual-mode termomehaničke kompresije: na dva ortogonalna načina vibracije x i y suspendiranih nanočestica silicijevog dioksida (promjer 100 nm) u optičkim pincetama, zbroj dviju frekvencija moda koristi se kao pokretačka frekvencija za spregnutu modulaciju. U isto vrijeme, u kombinaciji s nelinearnim hlađenjem parametara, sustav je stabiliziran, izravno komprimirajući i smanjujući inherentni toplinski šum fononskog lasera.
Nick Vamivakas je rekao da ova sposobnost potiskivanja buke omogućuje da točnost mjerenja ubrzanja sustava nadmaši tradicionalne fotonske laserske i tehnologije mjerenja radiofrekventnih valova.
