Institutul de Informații Cuantice din Beijing: Folosirea conversiei de frecvență integrată-fibră pentru a obține distribuția încurcăturii cuantice pe 100 de kilometri
În anii 1960, apariția laserului a deschis o nouă eră a științei și a aplicațiilor. De la scanarea codului de la supermarket la operația miopie, tehnologia tradițională de manipulare a fotonilor cu laser a fost integrată de mult timp în viața de zi cu zi. În ultimele două decenii, oamenii de știință au dezvoltat cu succes noi lasere care pot controla „fononii” (unități de energie cuantificate ale vibrațiilor mecanice). Controlul precis al fononilor este de așteptat să aducă mai multe posibilități tehnologiei laser, cum ar fi profitarea de proprietăți cuantice unice, cum ar fi stările încurcate.
O echipă de cercetare de la Universitatea din Rochester și de la Institutul de Tehnologie Rochester din Statele Unite a dezvoltat recent un laser cu fonon comprimat în mod dublu-care poate realiza un control de înaltă-precizie al fononilor la scara nanometrică.
Echipa de cercetare a publicat o lucrare similară în revista Nature Communications, care detaliază cum să permită cuantelor de vibrație mecanică la scară nanometrică (fononi) să mențină o ieșire coerentă de tip laser-, obținând în același timp compresia termică a zgomotului prin cuplare dublă-modalitate și răcire neliniară, reducând astfel în mod semnificativ fluctuațiile laserelor fononice.
Profesorul Nick Vamivakas, unul dintre autorii corespondenți ai lucrării, și colaboratorii săi au demonstrat laserul fonon pentru prima dată în 2019. Ei au folosit pensete optice pentru a captura și suspenda nanoparticulele în vid și au obținut o oscilație coerentă a fononilor prin oscilațiile lor mecanice.
Cu toate acestea, pentru ca această tehnologie să fie utilizabilă pentru măsurători de-înaltă precizie, au trebuit să depășească o provocare-cheie, zgomotul, interferența care interferează cu citirile precise ale semnalelor. Această problemă există atât la laserele fotonice, cât și la laserele fononice.
„Laserul apare cu ochiul liber ca un fascicul de lumină stabil, dar de fapt există un număr mare de fluctuații, care pot introduce zgomot în procesul de măsurare”. Nick Vamivakas a explicat: „Am obținut o suprimare eficientă a fluctuațiilor laserului fonon prin aplicarea modulării parametrice de cuplare la cele două moduri de oscilație din sistemul de suspensie a pensetei optice, combinată cu răcirea parametrilor neliniari”.
Această figură arată dispozitivul de bază și principiul experimentului. (a) ilustrează sistemul de suspensie cu pensete optice și cum se realizează cuplarea în două-moduri prin modulare; (b) explică generarea puțurilor de potențial asimetrice și mecanismul de cuplare rotațională; () prezintă vizual procesul de conversie-fonon down cu suma a două frecvențe ca frecvență de antrenare prin diagrama nivelului de energie, care este baza fizică pentru realizarea compresiei în mod dublu-.
Descoperirea principală a echipei de cercetare este realizarea compresiei termomecanice cu modul dublu-: pe cele două moduri de vibrație ortogonale ale x și y ale nanoparticulelor de silice suspendate (diametrul 100 nm) în pensete optice, suma celor două frecvențe de mod este utilizată ca frecvență de antrenare pentru modularea de cuplare. În același timp, combinat cu răcirea parametrilor neliniari, sistemul este stabilizat, comprimând direct și reducând zgomotul termic inerent al laserului fonon.
Nick Vamivakas a spus că această capacitate de suprimare a zgomotului permite preciziei sistemului de măsurare a accelerației să depășească tehnologiile tradiționale de măsurare a undelor de frecvență radio și laser fotonici.
