Kvanthüpe mehaaniliste ostsillaatorite tehnoloogias

11. august 2023 (Nanowerki uudised) Viimase kümnendi jooksul on teadlased teinud mehaanilistes süsteemides kvantnähtuste tekitamisel tohutuid edusamme. See, mis tundus veel viisteist aastat tagasi võimatuna, on nüüdseks saanud reaalsuseks, kuna teadlased loovad makroskoopilistes mehaanilistes objektides edukalt kvantseisundeid. Ühendades need mehaanilised ostsillaatorid valguse footonitega – tuntud kui "optomehaanilised süsteemid" - on teadlased suutnud need jahutada madalaima energiatasemeni kvantpiiri lähedal, neid "pigistada", et veelgi vähendada nende vibratsiooni ja mässida. üksteisega. Need edusammud on avanud uusi võimalusi kvantanduri, kvantarvutite kompaktse salvestamise, kvantgravitatsiooni fundamentaalsete testide ja isegi tumeaine otsimise vallas. Kvantrežiimis optomehaaniliste süsteemide tõhusaks kasutamiseks seisavad teadlased dilemma ees. Ühest küljest peavad mehaanilised ostsillaatorid olema oma keskkonnast korralikult isoleeritud, et minimeerida energiakadu; teisest küljest peavad need olema nende juhtimiseks hästi ühendatud teiste füüsiliste süsteemidega, näiteks elektromagnetresonaatoritega. Selle tasakaalu saavutamiseks on vaja maksimeerida ostsillaatorite kvantseisundi eluiga, mida mõjutavad nende keskkonna termilised kõikumised ja ostsillaatorite sageduse ebastabiilsused – seda nimetatakse valdkonnas "dekoherentsiks". See on püsiv väljakutse erinevates süsteemides, alates gravitatsioonilainete detektorites kasutatavatest hiiglaslikest peeglitest kuni väikeste kõrgvaakumis lõksus olevate osakesteni. Võrreldes teiste tehnoloogiatega, nagu ülijuhtivad kubitid või ioonilõksud, näitavad tänapäeva opto- ja elektromehaanilised süsteemid endiselt kõrgemat dekoherentsimäära. Nüüd on EPFL-i Tobias J. Kippenbergi labori teadlased probleemiga tegelenud, töötades välja ülijuhtiva ahela optomehaanilise platvormi, mis näitab ülimadalat kvantdekoherentsi, säilitades samal ajal suure optilise mehaanilise sidestuse, mille tulemuseks on kõrge täpsusega kvantjuhtimine. Teos avaldati hiljuti aastal Loodusfüüsika ("Piristatud mehaaniline ostsillaator millisekundilise kvantdekoherentsiga"). Skaneeriv elektronmikroskoobi kujutis ülikoherentsest ülijuhtivast elektromehaanilisest süsteemist. (Pilt: Amir Youssefi, EPFL) "Lihtsate sõnadega demonstreerisime mehhaanilises ostsillaatoris seni saavutatud pikimat kvantseisundi eluiga, mida saab kasutada kvantsalvestuskomponendina kvantarvutus- ja sidesüsteemides," ütleb doktor Amir Youssefi. projekti juhtinud õpilane. "See on suur saavutus ja mõjutab paljusid kvantfüüsika, elektrotehnika ja masinaehituse publikut." Läbimurde võtmeelemendiks on vaakumvahega trumlipea kondensaator, õhukesest alumiiniumkilest vibreeriv element, mis on riputatud ränisubstraadi kraavi kohal. Kondensaator toimib ostsillaatori vibreeriva komponendina ja moodustab ka resonantse mikrolaineahela. Uudse nanotootmistehnika abil vähendas meeskond märkimisväärselt trumlipea resonaatori mehaanilisi kadusid, saavutades enneolematu termilise dekoherentsi kiiruse, vaid 20 Hz, mis on võrdne 7.7 millisekundilise kvantseisundi elueaga – pikim mehaanilise ostsillaatoriga kunagi saavutatud. Termiliselt indutseeritud dekoherentsi märkimisväärne vähenemine võimaldas teadlastel kasutada optomehaanilist jahutustehnikat, mille tulemuseks oli muljetavaldav 93% täpsus kvantseisundi hõivamisest põhiolekus. Lisaks saavutas meeskond mehaanilise pigistamise liikumise nullpunkti kõikumisest allapoole väärtusega -2.7 dB. "See juhtimistase võimaldab meil jälgida mehaaniliste pigistatud olekute vaba arengut, säilitades selle kvantkäitumise pikema perioodi jooksul 2 millisekundit, tänu erakordselt madalale, vaid 0.09 Hz mehaanilisele ostsillaatorile, " ütleb Shingo Kono. kes uurimistööle kaasa aitasid. "Selline ülimadal kvantdekoherentsus mitte ainult ei suurenda makroskoopiliste mehaaniliste süsteemide kvantjuhtimise ja mõõtmise täpsust, vaid toob kasu ka ülijuhtivate kubittidega liidestamisel ja asetab süsteemi parameetrirežiimi, mis sobib kvantgravitatsiooni testimiseks," ütleb Mahdi Chegnizadeh. Teine uurimisrühma liige "Oluliselt pikem salvestusaeg võrreldes ülijuhtivate kubitidega muudab platvormi ideaalseks kandidaadiks kvantsalvestusrakenduste jaoks."

• SEO-põhise sisu ja PR-levi. Võimenduge juba täna.
• PlatoData.Network Vertikaalne generatiivne Ai. Jõustage ennast. Juurdepääs siia.
• PlatoAiStream. Web3 luure. Täiustatud teadmised. Juurdepääs siia.
• PlatoESG. Autod/elektrisõidukid, Süsinik, CleanTech, Energia, Keskkond päikeseenergia, Jäätmekäitluse. Juurdepääs siia.
• PlatoTervis. Biotehnoloogia ja kliiniliste uuringute luureandmed. Juurdepääs siia.
• ChartPrime. Tõsta oma kauplemismängu ChartPrime'iga kõrgemale. Juurdepääs siia.
• BlockOffsets. Keskkonnakompensatsiooni omandi ajakohastamine. Juurdepääs siia.
• Allikas: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=63493.php