معهد بكين للمعلومات الكمومية: استخدام تحويل التردد المتكامل-للألياف لتحقيق توزيع التشابك الكمي على مسافة 100 كيلومتر
في ستينيات القرن العشرين، فتح ظهور الليزر حقبة جديدة من العلم والتطبيق. من مسح رمز السوبر ماركت إلى جراحة قصر النظر، تم دمج تقنية معالجة الفوتون بالليزر التقليدية منذ فترة طويلة في الحياة اليومية. في العقدين الماضيين، نجح العلماء في تطوير أجهزة ليزر جديدة يمكنها التحكم في "الفونونات" (وحدات الطاقة الكمية للاهتزازات الميكانيكية). ومن المتوقع أن يؤدي التحكم الدقيق في الفونونات إلى توفير المزيد من الإمكانيات لتكنولوجيا الليزر، مثل الاستفادة من الخصائص الكمومية الفريدة مثل الحالات المتشابكة.
قام فريق بحث من جامعة روتشستر ومعهد روتشستر للتكنولوجيا في الولايات المتحدة مؤخرًا بتطوير ليزر فونون مضغوط ثنائي الوضع- يمكنه التحكم بدقة عالية- في الفونونات على مقياس النانومتر.
نشر فريق البحث بحثًا ذا صلة في مجلة Nature Communications، يوضح بالتفصيل كيفية تمكين كمات الاهتزاز الميكانيكي النانوي (الفونونات) للحفاظ على -خرج متماسك مثل الليزر مع تحقيق ضغط الضوضاء الحرارية من خلال اقتران الوضع المزدوج- والتبريد غير الخطي، وبالتالي تقليل تقلبات ليزر الفونون بشكل كبير.
أظهر البروفيسور نيك فاميفاكاس، أحد مؤلفي الورقة البحثية، ومعاونيه ليزر الفونون لأول مرة في عام 2019. واستخدموا ملاقط بصرية لالتقاط وتعليق الجسيمات النانوية في الفراغ، وحققوا تذبذبًا متماسكًا للفونونات من خلال تذبذباتهم الميكانيكية.
ومع ذلك، لجعل هذه التكنولوجيا قابلة للاستخدام-في إجراء قياسات عالية الدقة، كان عليهم التغلب على التحدي الرئيسي-الضوضاء، وهو التداخل الذي يتداخل مع القراءات الدقيقة للإشارات. توجد هذه المشكلة في كل من ليزر الفوتون والفونون.
"يبدو الليزر للعين المجردة كشعاع ثابت من الضوء، ولكن في الواقع هناك عدد كبير من التقلبات، والتي يمكن أن تدخل الضوضاء في عملية القياس." أوضح نيك فاميفاكاس، "لقد حققنا قمعًا فعالًا لتقلبات ليزر الفونون من خلال تطبيق تعديل الاقتران البارامترى على وضعي التذبذب في نظام تعليق الملقط البصري، جنبًا إلى جنب مع تبريد المعلمات غير الخطية."
يوضح هذا الشكل الجهاز الأساسي ومبدأ التجربة. (أ) يوضح نظام تعليق الملقط البصري وكيفية تحقيق وضعين-اقتران من خلال التعديل؛ (ب) يشرح توليد الآبار المحتملة غير المتماثلة وآلية الاقتران الدوراني؛ () يقدم بشكل مرئي عملية تحويل الفونون إلى الأسفل-بمجموع ترددين كتردد القيادة من خلال مخطط مستوى الطاقة، وهو الأساس المادي لتحقيق ضغط الوضع المزدوج-.
يتمثل الإنجاز الأساسي لفريق البحث في تحقيق-الضغط الميكانيكي الحراري ثنائي الوضع: في وضعي الاهتزاز المتعامدين x وy لجسيمات السيليكا النانوية المعلقة (قطر 100 نانومتر) في الملقط البصري، يتم استخدام مجموع ترددي الوضعين باعتباره تردد القيادة لتعديل الاقتران. في الوقت نفسه، جنبًا إلى جنب مع تبريد المعلمات غير الخطية، يتم تثبيت النظام، والضغط المباشر وتقليل الضوضاء الحرارية الكامنة في ليزر الفونون.
قال Nick Vamivakas إن قدرة قمع الضوضاء هذه تسمح لدقة قياس تسارع النظام بتجاوز تقنيات قياس ليزر الفوتون وموجات التردد الراديوي التقليدية.
