Пекинский институт квантовой информации: использование встроенного в оптоволокно-преобразования частоты для достижения распределения квантовой запутанности на расстоянии более 100 километров
В 1960-х годах появление лазера открыло новую эру науки и применения. От сканирования кодов супермаркетов до хирургии близорукости — традиционная технология лазерной фотонной манипуляции уже давно интегрирована в повседневную жизнь. За последние два десятилетия ученые успешно разработали новые лазеры, способные управлять «фононами» (квантованными энергетическими единицами механических колебаний). Ожидается, что точный контроль фононов откроет больше возможностей для лазерных технологий, например, использование уникальных квантовых свойств, таких как запутанные состояния.
Исследовательская группа из Рочестерского университета и Рочестерского технологического института в США недавно разработала двухрежимный-лазер на сжатых фононах, который может обеспечить высокоточное-управление фононами на нанометровом уровне.
Исследовательская группа опубликовала соответствующую статью в журнале Nature Communications, в которой подробно описывается, как заставить наноразмерные кванты механических колебаний (фононы) поддерживать когерентный выходной сигнал,-подобный лазерному, при этом достигая сжатия теплового шума за счет двойной-модовой связи и нелинейного охлаждения, тем самым значительно уменьшая флуктуации фононных лазеров.
Профессор Ник Вамивакас, один из авторов статьи, и его коллеги впервые продемонстрировали фононный лазер в 2019 году. Они использовали оптический пинцет для захвата и подвешивания наночастиц в вакууме и добились когерентной генерации фононов посредством их механических колебаний.
Однако, чтобы эту технологию можно было использовать для высокоточных-точных измерений, им пришлось преодолеть ключевую проблему-шум — помехи, которые мешают точному считыванию сигналов. Эта проблема существует как в фотонных, так и в фононных лазерах.
«Лазер кажется невооруженным глазом стабильным лучом света, но на самом деле существует большое количество флуктуаций, которые могут внести шум в процесс измерения». Ник Вамивакас объяснил: «Мы добились эффективного подавления фононных лазерных флуктуаций, применив параметрическую модуляцию связи к двум модам колебаний в системе подвески оптического пинцета в сочетании с нелинейным охлаждением параметров».
На этом рисунке показано основное устройство и принцип эксперимента. (a) иллюстрирует систему подвески оптического пинцета и способы достижения связи двух-мод посредством модуляции; (б) объясняет возникновение асимметричных потенциальных ям и механизм вращательной связи; () визуально представляет процесс преобразования фононов вниз-с суммой двух частот в качестве управляющей частоты через диаграмму энергетических уровней, которая является физической основой для достижения двухрежимного-сжатия.
Основным прорывом исследовательской группы является реализация двухрежимного термомеханического сжатия: на двух ортогональных модах вибрации x и y взвешенных наночастиц кремнезема (диаметром 100 нм) в оптических пинцетах сумма частот двух мод используется в качестве движущей частоты для модуляции связи. В то же время в сочетании с нелинейным охлаждением параметров система стабилизируется, непосредственно сжимая и уменьшая собственный тепловой шум фононного лазера.
Ник Вамивакас сказал, что эта возможность подавления шума позволяет системе превзойти точность измерения ускорения традиционных фотонных лазеров и технологий измерения радиочастотных волн.
