Instituto de Informação Quântica de Pequim: usando conversão de frequência-integrada por fibra para obter distribuição de emaranhamento quântico ao longo de 100 quilômetros
Na década de 1960, o advento do laser abriu uma nova era de ciência e aplicação. Da digitalização de códigos de supermercado à cirurgia de miopia, a tecnologia tradicional de manipulação de fótons a laser está há muito integrada à vida diária. Nas últimas duas décadas, os cientistas desenvolveram com sucesso novos lasers que podem controlar "fônons" (unidades de energia quantizada de vibrações mecânicas). Espera-se que o controle preciso dos fônons traga mais possibilidades à tecnologia laser, como o aproveitamento de propriedades quânticas únicas, como estados emaranhados.
Uma equipe de pesquisa da Universidade de Rochester e do Rochester Institute of Technology, nos Estados Unidos, desenvolveu recentemente um laser de fônons comprimido de-modo duplo que pode alcançar controle de alta-precisão de fônons em escala nanométrica.
A equipe de pesquisa publicou um artigo relacionado na revista Nature Communications, detalhando como permitir que quanta de vibração mecânica em nanoescala (fônons) mantenham uma saída coerente-como a do laser e, ao mesmo tempo, obtenham compressão de ruído térmico por meio de acoplamento-de modo duplo e resfriamento não linear, reduzindo significativamente as flutuações dos lasers de fônons.
O professor Nick Vamivakas, um dos autores correspondentes do artigo, e seus colaboradores demonstraram o laser de fônons pela primeira vez em 2019. Eles usaram pinças ópticas para capturar e suspender nanopartículas no vácuo e alcançaram oscilação coerente dos fônons por meio de suas oscilações mecânicas.
No entanto, para tornar essa tecnologia utilizável para medições de alta-precisão, eles tiveram que superar um desafio importante-o ruído, a interferência que interfere nas leituras precisas dos sinais. Este problema existe tanto nos lasers de fótons quanto nos de fônons.
"O laser parece a olho nu como um feixe de luz estável, mas na verdade há um grande número de flutuações, que podem introduzir ruído no processo de medição." Nick Vamivakas explicou: "Alcançamos uma supressão eficaz das flutuações do laser fônon aplicando modulação de acoplamento paramétrico aos dois modos de oscilação no sistema de suspensão da pinça óptica, combinado com resfriamento de parâmetros não lineares."
Esta figura mostra o dispositivo central e o princípio do experimento. (a) ilustra o sistema de suspensão de pinças ópticas e como obter acoplamento de dois-modos por meio de modulação; (b) explica a geração de poços de potencial assimétricos e o mecanismo de acoplamento rotacional; () apresenta visualmente o processo de conversão-de fônons com a soma de duas frequências como a frequência de acionamento por meio do diagrama de nível de energia, que é a base física para obter a compactação de-modo duplo.
O principal avanço da equipe de pesquisa é a realização da compressão termomecânica de modo duplo: nos dois modos de vibração ortogonais de x e y de nanopartículas de sílica suspensas (diâmetro 100 nm) em pinças ópticas, a soma das frequências dos dois modos é usada como frequência de acionamento para modulação de acoplamento. Ao mesmo tempo, combinado com o resfriamento de parâmetros não lineares, o sistema é estabilizado, comprimindo diretamente e reduzindo o ruído térmico inerente do laser fônon.
Nick Vamivakas disse que esta capacidade de supressão de ruído permite que a precisão da medição de aceleração do sistema supere as tecnologias tradicionais de medição de laser de fótons e ondas de radiofrequência.
