موسسه اطلاعات کوانتومی پکن: استفاده از فیبر{0}}تبدیل فرکانس یکپارچه برای دستیابی به توزیع درهم تنیدگی کوانتومی بیش از 100 کیلومتر
در دهه 1960، ظهور لیزر، عصر جدیدی از علم و کاربرد را گشود. از اسکن کد سوپرمارکت گرفته تا جراحی نزدیک بینی، فناوری سنتی دستکاری فوتون لیزری مدتهاست که در زندگی روزمره ادغام شده است. در دو دهه گذشته، دانشمندان با موفقیت لیزرهای جدیدی را توسعه داده اند که می تواند "فونون ها" (واحدهای انرژی کوانتیزه ارتعاشات مکانیکی) را کنترل کند. انتظار میرود که کنترل دقیق فونونها امکانات بیشتری را برای فناوری لیزر به همراه داشته باشد، مانند بهرهگیری از ویژگیهای کوانتومی منحصربهفرد مانند حالتهای درهمتنیده.
یک تیم تحقیقاتی از دانشگاه روچستر و مؤسسه فناوری روچستر در ایالات متحده اخیراً یک لیزر فونون فشرده دو حالته- تولید کرده اند که می تواند به کنترل دقیق{1} فونون ها در مقیاس نانومتر دست یابد.
این تیم تحقیقاتی مقاله مرتبطی را در ژورنال Nature Communications منتشر کرد که در آن جزئیات نحوه فعال کردن کوانتومهای ارتعاش مکانیکی نانومقیاس (فونونها) برای حفظ خروجی منسجم لیزر{0}}در حین دستیابی به فشردهسازی نویز حرارتی از طریق جفتکردن دو حالته{{1} و خنککنندههای غیرخطی، و در نتیجه کاهش قابلتوجهی تابش حرارتی، ارائه شد.
پروفسور نیک وامیواکاس، یکی از نویسندگان متناظر مقاله، و همکارانش لیزر فونون را برای اولین بار در سال 2019 به نمایش گذاشتند. آنها از موچین های نوری برای گرفتن و معلق کردن نانوذرات در خلاء استفاده کردند و از طریق نوسانات مکانیکی فونون ها به نوسان منسجم فونون ها دست یافتند.
با این حال، برای قابل استفاده کردن این فناوری برای اندازهگیریهای با دقت بالا، آنها باید بر یک چالش کلیدی-غلبه میکردند، تداخلی که در خواندن دقیق سیگنالها اختلال ایجاد میکند. این مشکل هم در لیزر فوتون و هم در لیزر فونون وجود دارد.
لیزر به چشم غیرمسلح به عنوان یک پرتو نور پایدار به نظر می رسد، اما در واقع تعداد زیادی نوسان وجود دارد که می تواند نویز را وارد فرآیند اندازه گیری کند. نیک وامیواکاس توضیح داد: "ما با اعمال مدولاسیون کوپلینگ پارامتریک به دو حالت نوسانی در سیستم تعلیق موچین نوری، همراه با خنک کننده پارامتر غیرخطی، به سرکوب موثر نوسانات لیزر فونون دست یافتیم."
این شکل دستگاه اصلی و اصل آزمایش را نشان می دهد. (الف) سیستم تعلیق موچین های نوری و نحوه دستیابی به جفت شدن دو حالته از طریق مدولاسیون را نشان می دهد. (ب) تولید چاه های پتانسیل نامتقارن و مکانیسم جفت چرخشی را توضیح می دهد. () به صورت بصری فرآیند تبدیل فونون پایین-را با مجموع دو فرکانس به عنوان فرکانس حرکتی از طریق نمودار سطح انرژی ارائه میکند، که مبنای فیزیکی برای دستیابی به فشردهسازی دو حالته- است.
دستاورد اصلی تیم تحقیقاتی تحقق فشردهسازی ترمومکانیکی دو حالته است: در دو حالت ارتعاش متعامد x و y نانوذرات سیلیس معلق (قطر 100 نانومتر) در انبرکهای نوری، مجموع دو حالت فرکانس حرکتی به عنوان فرکانسهای همرسانی استفاده میشود. در همان زمان، همراه با خنک کننده پارامتر غیر خطی، سیستم تثبیت می شود و به طور مستقیم نویز حرارتی ذاتی لیزر فونون را فشرده و کاهش می دهد.
نیک وامیواکاس گفت که این قابلیت سرکوب نویز به دقت اندازه گیری شتاب سیستم اجازه می دهد تا از فناوری های لیزر فوتون سنتی و اندازه گیری امواج فرکانس رادیویی پیشی بگیرد.
