Beijing Institute of Quantum Information: Genom att använda fiber-integrerad frekvensomvandling för att uppnå kvantintrasslingsfördelning över 100 kilometer
På 1960-talet öppnade tillkomsten av laser en ny era av vetenskap och tillämpning. Från stormarknadskodskanning till närsynthetskirurgi har traditionell laserfotonmanipuleringsteknik länge integrerats i det dagliga livet. Under de senaste två decennierna har forskare framgångsrikt utvecklat nya lasrar som kan styra "fononer" (kvantiserade energienheter av mekaniska vibrationer). Exakt kontroll av fononer förväntas ge fler möjligheter till laserteknik, som att dra nytta av unika kvantegenskaper som intrasslade tillstånd.
Ett forskarlag från University of Rochester och Rochester Institute of Technology i USA har nyligen utvecklat en komprimerad fononlaser med dubbla-lägen som kan uppnå hög-precisionskontroll av fononer på nanometerskala.
Forskarteamet publicerade en relaterad artikel i tidskriften Nature Communications, som beskriver hur man möjliggör mekaniska vibrationskvanta (fononer) i nanoskala för att bibehålla laser-liknande koherent uteffekt samtidigt som man uppnår termisk bruskomprimering genom dubbel-lägeskoppling och icke-linjär kylning, vilket avsevärt minskar fononlaserns fluktuationer.
Professor Nick Vamivakas, en av motsvarande författare till uppsatsen, och hans medarbetare demonstrerade fononlasern för första gången 2019. De använde en optisk pincett för att fånga och suspendera nanopartiklar i ett vakuum, och uppnådde koherent svängning av fononer genom deras mekaniska svängningar.
Men för att göra den här tekniken användbar för hög-precisionsmätningar, var de tvungna att övervinna en viktig utmaning-brus, störningen som stör korrekta avläsningar av signaler. Detta problem finns i både foton- och fononlasrar.
"Laser framstår för blotta ögat som en stabil ljusstråle, men i själva verket finns det ett stort antal fluktuationer som kan introducera brus i mätprocessen." Nick Vamivakas förklarade, "Vi uppnådde effektiv undertryckning av fononlaserfluktuationer genom att tillämpa parametrisk kopplingsmodulering på de två oscillationslägena i det optiska pincettupphängningssystemet, kombinerat med olinjär parameterkylning."
Denna figur visar kärnanordningen och principen för experimentet. (a) illustrerar det optiska pincettupphängningssystemet och hur man uppnår två-lägeskoppling genom modulering; (b) förklarar genereringen av asymmetriska potentialbrunnar och den roterande kopplingsmekanismen; () presenterar visuellt fonon ned-konverteringsprocessen med summan av två frekvenser som drivfrekvens genom energinivådiagrammet, vilket är den fysiska grunden för att uppnå dubbel-lägeskomprimering.
Forskargruppens kärngenombrott är förverkligandet av termomekanisk komprimering med dubbla-lägen: på de två ortogonala vibrationslägena x och y för suspenderade kiselnanopartiklar (diameter 100nm) i optiska pincett, används summan av de två lägesfrekvenserna som drivfrekvens för koppling. Samtidigt, i kombination med olinjär parameterkylning, stabiliseras systemet, vilket direkt komprimerar och minskar fononlaserns inneboende termiska brus.
Nick Vamivakas sa att denna brusdämpningsförmåga tillåter systemets accelerationsmätningsnoggrannhet att överträffa traditionella fotonlaser- och radiofrekvensvågsmätningstekniker.
