Beijing Institute of Quantum Information: Brug af fiber-integreret frekvenskonvertering til at opnå kvantesammenfiltringsfordeling over 100 kilometer
I 1960'erne åbnede fremkomsten af laser en ny æra af videnskab og anvendelse. Fra supermarkedskodescanning til nærsynethedskirurgi har traditionel laserfotonmanipulationsteknologi længe været integreret i dagligdagen. I de sidste to årtier har forskere med succes udviklet nye lasere, der kan styre "fononer" (kvantiserede energienheder af mekaniske vibrationer). Præcis kontrol af fononer forventes at bringe flere muligheder til laserteknologi, såsom at drage fordel af unikke kvanteegenskaber såsom sammenfiltrede tilstande.
Et forskerhold fra University of Rochester og Rochester Institute of Technology i USA har for nylig udviklet en dual-mode komprimeret fononlaser, der kan opnå høj-præcisionskontrol af fononer på nanometerskalaen.
Forskerholdet publicerede en relateret artikel i tidsskriftet Nature Communications, der beskriver, hvordan man aktiverer nanoskala mekaniske vibrationskvanter (fononer) for at opretholde laser-lignende kohærent output, samtidig med at der opnås termisk støjkomprimering gennem dobbelt-tilstandskobling og ikke-lineær køling, hvorved fonon-fluktuationerne reduceres betydeligt.
Professor Nick Vamivakas, en af de tilsvarende forfattere af papiret, og hans samarbejdspartnere demonstrerede fononlaseren for første gang i 2019. De brugte en optisk pincet til at fange og suspendere nanopartikler i et vakuum og opnåede kohærent oscillation af fononer gennem deres mekaniske svingninger.
Men for at gøre denne teknologi brugbar til høj-præcisionsmålinger, var de nødt til at overvinde en vigtig udfordring-støj, den interferens, der forstyrrer nøjagtige aflæsninger af signaler. Dette problem findes i både foton- og fononlasere.
"Laser fremstår for det blotte øje som en stabil lysstråle, men faktisk er der et stort antal udsving, som kan introducere støj i måleprocessen." Nick Vamivakas forklarede: "Vi opnåede effektiv undertrykkelse af phonon-lasersvingninger ved at anvende parametrisk koblingsmodulation til de to oscillationstilstande i det optiske pincetophængssystem kombineret med ikke-lineær parameterkøling."
Denne figur viser kerneenheden og princippet i eksperimentet. (a) illustrerer det optiske pincetophængssystem, og hvordan man opnår to-tilstandskobling gennem modulering; (b) forklarer genereringen af asymmetriske potentiale brønde og den roterende koblingsmekanisme; () viser visuelt fonon ned-konverteringsprocessen med summen af to frekvenser som drivfrekvensen gennem energiniveaudiagrammet, som er det fysiske grundlag for at opnå dobbelt-tilstandskomprimering.
Forskerholdets kernegennembrud er realiseringen af termomekanisk komprimering med dobbelt-tilstand: På de to ortogonale vibrationstilstande x og y af suspenderede silicananopartikler (diameter 100 nm) i optiske pincet bruges summen af de to tilstandsfrekvenser som drivfrekvensen for koblingen. Samtidig, kombineret med ikke-lineær parameterkøling, stabiliseres systemet, hvilket direkte komprimerer og reducerer den iboende termiske støj fra fononlaseren.
Nick Vamivakas sagde, at denne støjdæmpningsevne gør det muligt for systemets accelerationsmålingsnøjagtighed at overgå traditionelle fotonlaser- og radiofrekvensbølgemålingsteknologier.
