Pekinški inštitut za kvantne informacije: uporaba-vgrajene pretvorbe frekvence za doseganje porazdelitve kvantne prepletenosti na 100 kilometrih
V šestdesetih letih 20. stoletja je pojav laserja odprl novo dobo znanosti in uporabe. Od skeniranja kod v supermarketih do operacije kratkovidnosti je tradicionalna tehnologija laserske fotonske manipulacije že dolgo vključena v vsakdanje življenje. V zadnjih dveh desetletjih so znanstveniki uspešno razvili nove laserje, ki lahko nadzorujejo "fonone" (kvantizirane energijske enote mehanskih vibracij). Pričakuje se, da bo natančen nadzor nad fononi laserski tehnologiji prinesel več možnosti, kot je izkoriščanje prednosti edinstvenih kvantnih lastnosti, kot so zapletena stanja.
Raziskovalna skupina z Univerze v Rochestru in Tehnološkega inštituta Rochester v Združenih državah je pred kratkim razvila dvo-načinovni stisnjeni fononski laser, ki lahko doseže visoko-natančen nadzor nad fononi na nanometrskem merilu.
Raziskovalna skupina je v reviji Nature Communications objavila soroden članek, ki podrobno opisuje, kako omogočiti kvantom mehanskih vibracij (fononom) v nanometrskem merilu, da ohranijo koherenten izhod-podoben laserju, medtem ko dosežejo kompresijo toplotnega hrupa z dvojnim-načinskim spajanjem in nelinearnim hlajenjem, s čimer znatno zmanjšajo nihanja fononskih laserjev.
Profesor Nick Vamivakas, eden od ustreznih avtorjev prispevka, in njegovi sodelavci so leta 2019 prvič demonstrirali fononski laser. Uporabili so optično pinceto za zajemanje in suspendiranje nanodelcev v vakuumu ter dosegli koherentno nihanje fononov z njihovimi mehanskimi nihanji.
Da pa bi bila ta tehnologija uporabna za visoko{0}}natančne meritve, so morali premagati ključni izziv-šum, motnje, ki ovirajo natančno odčitavanje signalov. Ta problem obstaja tako pri fotonskih kot pri fononskih laserjih.
"Laser se s prostim očesom zdi kot stabilen žarek svetlobe, v resnici pa je veliko nihanj, ki lahko v meritveni proces vnesejo šum." Nick Vamivakas je pojasnil: "Učinkovito zatiranje nihanj fononskega laserja smo dosegli z uporabo modulacije parametrične sklopitve za dva načina nihanja v sistemu obešanja optične pincete v kombinaciji z nelinearnim hlajenjem parametrov."
Ta slika prikazuje osnovno napravo in princip poskusa. (a) ponazarja sistem obešanja z optično pinceto in kako doseči dvo-sklop načinov z modulacijo; (b) pojasni nastajanje asimetričnih potencialnih vrtin in mehanizem rotacijske sklopitve; () vizualno predstavi proces pretvorbe-fononov navzdol z vsoto dveh frekvenc kot pogonske frekvence skozi diagram ravni energije, kar je fizična osnova za doseganje kompresije v dvojnem-načinu.
Osrednji preboj raziskovalne skupine je uresničitev termomehanske kompresije z dvojnim-načinom: na dveh pravokotnih načinih nihanja x in y suspendiranih nanodelcev silicijevega dioksida (premer 100 nm) v optičnih pincetah se vsota frekvenc dveh načinov uporablja kot pogonska frekvenca za sklopno modulacijo. Hkrati se v kombinaciji z nelinearnim hlajenjem parametrov sistem stabilizira, neposredno stisne in zmanjša inherentni toplotni šum fononskega laserja.
Nick Vamivakas je dejal, da ta zmožnost dušenja hrupa omogoča, da natančnost merjenja pospeška sistema preseže tradicionalne fotonske laserske in radiofrekvenčne merilne tehnologije.
