Un salto cuántico en la tecnología de osciladores mecánicos

11 ago 2023 (Noticias de Nanowerk) Durante la última década, los científicos han hecho grandes progresos en la generación de fenómenos cuánticos en sistemas mecánicos. Lo que parecía imposible hace solo quince años ahora se ha convertido en una realidad, ya que los investigadores crean con éxito estados cuánticos en objetos mecánicos macroscópicos. Al acoplar estos osciladores mecánicos a fotones de luz -conocidos como "sistemas optomecánicos"-, los científicos han podido enfriarlos hasta su nivel de energía más bajo cerca del límite cuántico, "apretarlos" para reducir aún más sus vibraciones y enredarlos. juntos. Estos avances han abierto nuevas oportunidades en detección cuántica, almacenamiento compacto en computación cuántica, pruebas fundamentales de gravedad cuántica e incluso en la búsqueda de materia oscura. Para operar de manera eficiente los sistemas optomecánicos en el régimen cuántico, los científicos se enfrentan a un dilema. Por un lado, los osciladores mecánicos deben estar adecuadamente aislados de su entorno para minimizar la pérdida de energía; por otro lado, deben estar bien acoplados a otros sistemas físicos como resonadores electromagnéticos para controlarlos. Alcanzar este equilibrio requiere maximizar la vida útil del estado cuántico de los osciladores que se ve afectado por las fluctuaciones térmicas de su entorno y las inestabilidades de frecuencia de los osciladores, lo que se conoce en el campo como "decoherencia". Este es un desafío persistente en varios sistemas, desde los espejos gigantes que se usan en los detectores de ondas gravitacionales hasta las diminutas partículas atrapadas en el alto vacío. En comparación con otras tecnologías, como los qubits superconductores o las trampas de iones, los sistemas opto y electromecánicos actuales aún muestran tasas de decoherencia más altas. Ahora, los científicos del laboratorio de Tobias J. Kippenberg en EPFL han abordado el problema mediante el desarrollo de una plataforma optomecánica de circuito superconductor que muestra una decoherencia cuántica ultrabaja mientras mantiene un gran acoplamiento optomecánico que da como resultado un control cuántico de alta fidelidad. El trabajo ha sido publicado recientemente en Física de la naturaleza (“Un oscilador mecánico comprimido con decoherencia cuántica de milisegundos”). Imagen de microscopio electrónico de barrido de un sistema electromecánico superconductor ultracoherente. (Imagen: Amir Youssefi, EPFL) "En palabras simples, demostramos la vida útil de estado cuántico más larga jamás lograda en un oscilador mecánico, que puede usarse como un componente de almacenamiento cuántico en sistemas de comunicación y computación cuántica", dice Amir Youssefi, PhD. estudiante que lideró el proyecto. “Este es un gran logro e impacta a una amplia gama de audiencias en física cuántica, ingeniería eléctrica e ingeniería mecánica”. El elemento clave del avance es un "condensador de parche de vacío con brecha", un elemento vibratorio hecho de una película delgada de aluminio suspendida sobre una zanja en un sustrato de silicio. El condensador sirve como componente vibratorio del oscilador y también forma un circuito de microondas resonante. A través de una nueva técnica de nanofabricación, el equipo redujo significativamente las pérdidas mecánicas en el resonador del parche del tambor, logrando una tasa de decoherencia térmica sin precedentes de solo 20 Hz, equivalente a una vida útil del estado cuántico de 7.7 milisegundos, la más larga jamás lograda en un oscilador mecánico. La notable disminución de la decoherencia inducida térmicamente permitió a los investigadores utilizar la técnica de enfriamiento optomecánico, lo que resultó en una impresionante fidelidad del 93 % de la ocupación del estado cuántico en el estado fundamental. Además, el equipo logró una compresión mecánica por debajo de la fluctuación de movimiento de punto cero, con un valor de -2.7 dB. “Este nivel de control nos permite observar la evolución libre de los estados comprimidos mecánicos conservando su comportamiento cuántico durante un período prolongado de 2 milisegundos, gracias a la tasa de desfase puro excepcionalmente baja de solo 0.09 Hz en el oscilador mecánico”, dice Shingo Kono, que contribuyeron a la investigación. “Tal decoherencia cuántica ultrabaja no solo aumenta la fidelidad del control cuántico y la medición de sistemas mecánicos macroscópicos, sino que también beneficiará la interfaz con qubits superconductores y coloca el sistema en un régimen de parámetros adecuado para las pruebas de gravedad cuántica”, dice Mahdi Chegnizadeh, otro miembro del equipo de investigación "El tiempo de almacenamiento considerablemente más largo en comparación con los qubits superconductores hace que la plataforma sea un candidato perfecto para las aplicaciones de almacenamiento cuántico".

• Distribución de relaciones públicas y contenido potenciado por SEO. Consiga amplificado hoy.
• PlatoData.Network Vertical Generativo Ai. Empodérate. Accede Aquí.
• PlatoAiStream. Inteligencia Web3. Conocimiento amplificado. Accede Aquí.
• PlatoESG. Automoción / vehículos eléctricos, Carbón, tecnología limpia, Energía, Ambiente, Solar, Gestión de residuos. Accede Aquí.
• PlatoSalud. Inteligencia en Biotecnología y Ensayos Clínicos. Accede Aquí.
• ChartPrime. Eleve su juego comercial con ChartPrime. Accede Aquí.
• Desplazamientos de bloque. Modernización de la propiedad de compensaciones ambientales. Accede Aquí.
• Fuente: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=63493.php