Pekinški institut za kvantne informacije: Korištenje konverzije frekvencije{0}}integrisane u vlakna za postizanje distribucije kvantne isprepletenosti preko 100 kilometara
Šezdesetih godina prošlog vijeka, pojava lasera otvorila je novu eru nauke i primjene. Od skeniranja kodova u supermarketima do operacije miopije, tradicionalna tehnologija laserske manipulacije fotonima odavno je integrirana u svakodnevni život. U protekle dvije decenije, naučnici su uspješno razvili nove lasere koji mogu kontrolirati "fonone" (kvantizirane energetske jedinice mehaničkih vibracija). Očekuje se da će precizna kontrola fonona donijeti više mogućnosti laserskoj tehnologiji, kao što je korištenje prednosti jedinstvenih kvantnih svojstava kao što su isprepletena stanja.
Istraživački tim sa Univerziteta u Rochesteru i Tehnološkog instituta Rochester u Sjedinjenim Državama nedavno je razvio dual-mod komprimirani fononski laser koji može postići visoku{1}}preciznu kontrolu fonona na nanometarskoj skali.
Istraživački tim je objavio srodni rad u časopisu Nature Communications, u kojem je detaljno opisano kako omogućiti kvante mehaničkih vibracija (fonona) na nanorazmjerima da održavaju koherentan izlaz poput lasera- uz postizanje kompresije termičkog šuma kroz dual-mod spajanja i nelinearnog hlađenja, čime se značajno smanjuju fluktuacije phon lasera.
Profesor Nick Vamivakas, jedan od odgovarajućih autora rada, i njegovi saradnici su prvi put demonstrirali fononski laser 2019. godine. Koristili su optičku pincetu za hvatanje i suspendovanje nanočestica u vakuumu i postigli koherentnu oscilaciju fonona kroz njihove mehaničke oscilacije.
Međutim, da bi ovu tehnologiju učinili upotrebljivom za visoko{0}}precizna mjerenja, morali su savladati ključni izazov-buke, smetnje koje ometaju tačna očitavanja signala. Ovaj problem postoji i kod fotonskih i kod fononskih lasera.
"Laser se golim okom čini kao stabilan snop svjetlosti, ali u stvari postoji veliki broj fluktuacija koje mogu unijeti šum u proces mjerenja." Nick Vamivakas je objasnio: "Postigli smo efektivnu supresiju fluktuacija fononskog lasera primjenom parametarske modulacije spajanja na dva moda oscilovanja u sistemu suspenzije optičkih pinceta, u kombinaciji sa hlađenjem nelinearnih parametara."
Ova slika prikazuje osnovni uređaj i princip eksperimenta. (a) ilustruje sistem ovjesa optičke pincete i kako postići spajanje dva-načina putem modulacije; (b) objašnjava stvaranje asimetričnih potencijalnih bunara i rotacijski mehanizam sprege; () vizuelno predstavlja proces fononske dole-konverzije sa zbirom dvije frekvencije kao pogonskom frekvencijom kroz dijagram nivoa energije, što je fizička osnova za postizanje dual-kompresije.
Ključni napredak istraživačkog tima je realizacija dual-moda termomehaničke kompresije: na dva ortogonalna moda vibracije x i y suspendiranih nanočestica silicijum dioksida (promjera 100 nm) u optičkim pincetama, zbir frekvencija dva moda za koupiranje frekvencije modula se koristi kao pogonska frekvencija. Istovremeno, u kombinaciji sa hlađenjem nelinearnih parametara, sistem se stabilizuje, direktno kompresuje i smanjuje inherentni termalni šum fononskog lasera.
Nick Vamivakas je rekao da ova sposobnost suzbijanja buke omogućava preciznost mjerenja ubrzanja sistema da nadmaši tradicionalne tehnologije mjerenja fotonskih lasera i radio frekvencijskih talasa.
