Ένα κβαντικό άλμα στην τεχνολογία μηχανικών ταλαντωτών

11 Αυγούστου 2023 (Ειδήσεις Nanowerk) Την τελευταία δεκαετία, οι επιστήμονες έχουν σημειώσει τεράστια πρόοδο στη δημιουργία κβαντικών φαινομένων σε μηχανικά συστήματα. Αυτό που φαινόταν αδύνατο μόλις πριν από δεκαπέντε χρόνια έχει γίνει πλέον πραγματικότητα, καθώς οι ερευνητές δημιουργούν με επιτυχία κβαντικές καταστάσεις σε μακροσκοπικά μηχανικά αντικείμενα. Με τη σύζευξη αυτών των μηχανικών ταλαντωτών με φωτόνια φωτόνια -γνωστά ως «οπτομηχανικά συστήματα»-, οι επιστήμονες κατάφεραν να τους ψύξουν στο χαμηλότερο ενεργειακό τους επίπεδο κοντά στο κβαντικό όριο, να τους «συμπιέσουν» για να μειώσουν ακόμη περισσότερο τις δονήσεις τους και να τους μπερδέψουν. ο ένας με τον άλλο. Αυτές οι εξελίξεις έχουν ανοίξει νέες ευκαιρίες στην κβαντική ανίχνευση, συμπαγή αποθήκευση στον κβαντικό υπολογισμό, θεμελιώδεις δοκιμές κβαντικής βαρύτητας, ακόμη και στην αναζήτηση της σκοτεινής ύλης. Προκειμένου να λειτουργήσουν αποτελεσματικά τα οπτομηχανικά συστήματα στο κβαντικό καθεστώς, οι επιστήμονες αντιμετωπίζουν ένα δίλημμα. Από τη μία πλευρά, οι μηχανικοί ταλαντωτές πρέπει να είναι σωστά απομονωμένοι από το περιβάλλον τους για να ελαχιστοποιηθεί η απώλεια ενέργειας. Από την άλλη πλευρά, πρέπει να είναι καλά συνδεδεμένα με άλλα φυσικά συστήματα, όπως ηλεκτρομαγνητικούς συντονιστές για τον έλεγχο τους. Η επίτευξη αυτής της ισορροπίας απαιτεί τη μεγιστοποίηση της διάρκειας ζωής της κβαντικής κατάστασης των ταλαντωτών που επηρεάζεται από τις θερμικές διακυμάνσεις του περιβάλλοντός τους και τις αστάθειες της συχνότητας των ταλαντωτών – αυτό που είναι γνωστό στο πεδίο ως «αποσυνοχή». Αυτή είναι μια επίμονη πρόκληση σε διάφορα συστήματα, από τους γιγάντιους καθρέφτες που χρησιμοποιούνται στους ανιχνευτές βαρυτικών κυμάτων έως τα μικροσκοπικά παγιδευμένα σωματίδια σε υψηλό κενό. Σε σύγκριση με άλλες τεχνολογίες όπως τα υπεραγώγιμα qubits ή οι παγίδες ιόντων, τα σημερινά οπτο- και ηλεκτρομηχανικά συστήματα εξακολουθούν να παρουσιάζουν υψηλότερους ρυθμούς αποσυνοχής. Τώρα, οι επιστήμονες στο εργαστήριο του Tobias J. Kippenberg στο EPFL έχουν αντιμετωπίσει το πρόβλημα αναπτύσσοντας μια οπτομηχανική πλατφόρμα υπεραγώγιμου κυκλώματος που δείχνει εξαιρετικά χαμηλή κβαντική αποσυνοχή διατηρώντας παράλληλα μεγάλη οπτομηχανική σύζευξη που οδηγεί σε κβαντικό έλεγχο υψηλής πιστότητας. Το έργο δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο Φυσική της Φύσης ("Ένας συμπιεσμένος μηχανικός ταλαντωτής με κβαντική αποσυνοχή χιλιοστού του δευτερολέπτου"). Εικόνα ηλεκτρονικού μικροσκοπίου σάρωσης ενός υπερ-συνεκτικού υπεραγώγιμου ηλεκτρομηχανικού συστήματος. (Εικόνα: Amir Youssefi, EPFL) «Με απλά λόγια, δείξαμε τη μεγαλύτερη διάρκεια ζωής κβαντικής κατάστασης που έχει επιτευχθεί ποτέ σε μηχανικό ταλαντωτή, ο οποίος μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως στοιχείο κβαντικής αποθήκευσης σε συστήματα κβαντικού υπολογισμού και επικοινωνίας», λέει ο Amir Youssefi, PhD. μαθητής που ηγήθηκε του έργου. «Αυτό είναι ένα μεγάλο επίτευγμα και επηρεάζει ένα ευρύ φάσμα κοινού στην κβαντική φυσική, την ηλεκτρική μηχανική και τη μηχανολογία». Το βασικό στοιχείο της ανακάλυψης είναι ένας «πυκνωτής κεφαλής τυμπάνου με διάκενο κενού», ένα δονούμενο στοιχείο κατασκευασμένο από ένα λεπτό φιλμ αλουμινίου που αιωρείται πάνω από μια τάφρο σε ένα υπόστρωμα πυριτίου. Ο πυκνωτής χρησιμεύει ως το δονούμενο στοιχείο του ταλαντωτή και επίσης σχηματίζει ένα συντονισμένο κύκλωμα μικροκυμάτων. Μέσω μιας νέας τεχνικής νανοκατασκευής, η ομάδα μείωσε σημαντικά τις μηχανικές απώλειες στο αντηχείο κεφαλής τυμπάνου, επιτυγχάνοντας έναν πρωτοφανή ρυθμό θερμικής αποσυνοχής μόνο 20 Hz, που ισοδυναμεί με διάρκεια ζωής κβαντικής κατάστασης 7.7 χιλιοστών του δευτερολέπτου - η μεγαλύτερη που έχει επιτευχθεί ποτέ σε μηχανικό παλμό. Η αξιοσημείωτη μείωση της θερμικά επαγόμενης αποσυνοχής επέτρεψε στους ερευνητές να χρησιμοποιήσουν τεχνική οπτομηχανικής ψύξης, με αποτέλεσμα την εντυπωσιακή πιστότητα κατά 93% της κατάληψης της κβαντικής κατάστασης στη βασική κατάσταση. Επιπλέον, η ομάδα πέτυχε μηχανική συμπίεση κάτω από τη διακύμανση του σημείου μηδέν της κίνησης, με τιμή -2.7 dB. «Αυτό το επίπεδο ελέγχου μας επιτρέπει να παρατηρούμε την ελεύθερη εξέλιξη των καταστάσεων μηχανικής συμπίεσης διατηρώντας την κβαντική του συμπεριφορά για εκτεταμένη περίοδο 2 χιλιοστών του δευτερολέπτου, χάρη στον εξαιρετικά χαμηλό ρυθμό καθαρής αποφάσεως μόλις 0.09 Hz στον μηχανικό ταλαντωτή», λέει ο Shingo Kono. που συνέβαλαν στην έρευνα. «Τέτοια εξαιρετικά χαμηλή κβαντική αποσυνοχή όχι μόνο αυξάνει την πιστότητα του κβαντικού ελέγχου και της μέτρησης των μακροσκοπικών μηχανικών συστημάτων, αλλά θα ωφελήσει εξίσου τη διασύνδεση με υπεραγώγιμα qubits και θα τοποθετήσει το σύστημα σε ένα καθεστώς παραμέτρων κατάλληλο για δοκιμές κβαντικής βαρύτητας», λέει ο Mahdi Chegnizadeh. άλλο μέλος της ερευνητικής ομάδας «Ο σημαντικά μεγαλύτερος χρόνος αποθήκευσης σε σύγκριση με τα υπεραγώγιμα qubit καθιστά την πλατφόρμα τέλεια υποψήφια για εφαρμογές κβαντικής αποθήκευσης».

• SEO Powered Content & PR Distribution. Ενισχύστε σήμερα.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Ενδυναμώστε τον εαυτό σας. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoESG. Αυτοκίνητο / EVs, Ανθρακας, Cleantech, Ενέργεια, Περιβάλλον, Ηλιακός, Διαχείριση των αποβλήτων. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoHealth. Ευφυΐα βιοτεχνολογίας και κλινικών δοκιμών. Πρόσβαση εδώ.
• ChartPrime. Ανεβάστε το Trading Game σας με το ChartPrime. Πρόσβαση εδώ.
• BlockOffsets. Εκσυγχρονισμός της περιβαλλοντικής αντιστάθμισης ιδιοκτησίας. Πρόσβαση εδώ.
• πηγή: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=63493.php