Institut d'Informació Quàntica de Pequín: ús de la conversió de freqüència-integrada de fibra per aconseguir una distribució d'entrellaçament quàntic en 100 quilòmetres
A la dècada de 1960, l'arribada del làser va obrir una nova era de ciència i aplicació. Des de l'escaneig de codi de supermercat fins a la cirurgia de miopia, la tecnologia tradicional de manipulació de fotons làser fa temps que s'ha integrat a la vida diària. En les últimes dues dècades, els científics han desenvolupat amb èxit nous làsers que poden controlar "fonons" (unitats d'energia quantificades de vibracions mecàniques). S'espera que el control precís dels fonons aporti més possibilitats a la tecnologia làser, com aprofitar propietats quàntiques úniques com els estats entrellaçats.
Un equip d'investigació de la Universitat de Rochester i el Rochester Institute of Technology dels Estats Units ha desenvolupat recentment un làser fonònic comprimit de mode dual-que pot aconseguir un control d'alta-precisió dels fonons a escala nanomètrica.
L'equip d'investigació va publicar un article relacionat a la revista Nature Communications, que detallava com permetre que els quants de vibració mecànica a nanoescala (fonons) mantinguin una sortida coherent-del làser alhora que s'aconsegueix la compressió del soroll tèrmic mitjançant l'acoblament de mode dual- i el refredament no lineal, reduint així significativament les fluctuacions dels làsers fonònics.
El professor Nick Vamivakas, un dels autors corresponents de l'article, i els seus col·laboradors van demostrar per primera vegada el làser de fonons l'any 2019. Van utilitzar pinces òptiques per capturar i suspendre nanopartícules al buit i van aconseguir una oscil·lació coherent dels fonons mitjançant les seves oscil·lacions mecàniques.
Tanmateix, per fer que aquesta tecnologia es pugui utilitzar per a mesures d'alta-precisió, van haver de superar un repte clau-el soroll, la interferència que interfereix amb les lectures precises dels senyals. Aquest problema existeix tant en làsers de fotòns com de fonons.
"El làser apareix a simple vista com un feix de llum estable, però de fet hi ha un gran nombre de fluctuacions, que poden introduir soroll en el procés de mesura". Nick Vamivakas va explicar: "Hem aconseguit una supressió eficaç de les fluctuacions del làser fonònic aplicant la modulació d'acoblament paramètric als dos modes d'oscil·lació del sistema de suspensió de pinces òptiques, combinat amb un refredament de paràmetres no lineals".
Aquesta figura mostra el dispositiu bàsic i el principi de l'experiment. (a) il·lustra el sistema de suspensió de pinces òptiques i com aconseguir l'acoblament de dos-modes mitjançant la modulació; (b) explica la generació de pous de potencial asimètric i el mecanisme d'acoblament rotacional; () presenta visualment el procés de conversió-de baixada de fonons amb la suma de dues freqüències com a freqüència de conducció a través del diagrama de nivell d'energia, que és la base física per aconseguir una compressió de mode dual-.
L'avenç bàsic de l'equip d'investigació és la realització de la compressió termomecànica de mode dual -: en els dos modes de vibració ortogonal de x i y de nanopartícules de sílice en suspensió (diàmetre 100 nm) en pinces òptiques, la suma de les dues freqüències de mode s'utilitza com a freqüència de conducció per a la modulació d'acoblament. Al mateix temps, combinat amb la refrigeració de paràmetres no lineals, el sistema s'estabilitza, comprimint directament i reduint el soroll tèrmic inherent del làser fonon.
Nick Vamivakas va dir que aquesta capacitat de supressió de soroll permet que la precisió de mesura de l'acceleració del sistema superi les tecnologies tradicionals de mesura de làser de fotons i ones de radiofreqüència.
