Kvanttiloikka mekaanisessa oskillaattoritekniikassa

11. elokuuta 2023 (Nanowerk-uutiset) Viimeisen vuosikymmenen aikana tiedemiehet ovat edistyneet valtavasti kvanttiilmiöiden luomisessa mekaanisissa järjestelmissä. Se, mikä näytti mahdottomalta vielä viisitoista vuotta sitten, on nyt tullut todeksi, kun tutkijat luovat onnistuneesti kvanttitiloja makroskooppisiin mekaanisiin objekteihin. Kytkemällä nämä mekaaniset oskillaattorit valofotoneihin – jotka tunnetaan nimellä "optomekkaaniset järjestelmät" - tiedemiehet ovat kyenneet jäähdyttämään ne alimmalle energiatasolleen lähellä kvanttirajaa, "puristamaan niitä" vähentääkseen niiden värähtelyä entisestään ja sotkeutuakseen ne yhteen. toistensa kanssa. Nämä edistysaskeleet ovat avanneet uusia mahdollisuuksia kvanttitunnistuksessa, kvanttilaskennan kompaktissa tallennuksessa, kvanttigravitaation perustesteissä ja jopa pimeän aineen etsinnässä. Optomekaanisten järjestelmien tehokas käyttö kvanttijärjestelmässä tutkijat kohtaavat dilemman. Toisaalta mekaaniset oskillaattorit on eristettävä kunnolla ympäristöstään energiahäviön minimoimiseksi; toisaalta ne on kytkettävä hyvin muihin fyysisiin järjestelmiin, kuten sähkömagneettisiin resonaattoreihin niiden ohjaamiseksi. Tämän tasapainon saavuttaminen edellyttää oskillaattorien kvanttitilan käyttöiän maksimoimista, johon ympäristön lämpövaihtelut ja oskillaattorien taajuuden epävakaudet vaikuttavat – mitä alalla kutsutaan "dekoherenssiksi". Tämä on jatkuva haaste useissa eri järjestelmissä, aina gravitaatioaallonilmaisimissa käytetyistä jättimäisistä peileistä pieniin, suuressa tyhjiössä loukkuun jääneisiin hiukkasiin. Verrattuna muihin teknologioihin, kuten suprajohtaviin kubiteihin tai ioniloukkuihin, nykypäivän opto- ja sähkömekaaniset järjestelmät osoittavat edelleen korkeampia dekoherenssiasteita. Nyt tutkijat Tobias J. Kippenbergin laboratoriossa EPFL:ssä ovat ratkaisseet ongelman kehittämällä suprajohtavan piirin optomekaanisen alustan, joka osoittaa erittäin alhaisen kvanttidekoherenssin säilyttäen samalla suuren optomekaanisen kytkennän, joka johtaa korkean tarkkuuden kvanttiohjaukseen. Teos on äskettäin julkaistu v Luontofysiikka ("Purattu mekaaninen oskillaattori millisekunnin kvanttidekoherenssilla"). Pyyhkäisyelektronimikroskooppikuva ultrakoherentista suprajohtavasta sähkömekaanisesta järjestelmästä. (Kuva: Amir Youssefi, EPFL) "Yksinkertaisesti sanottuna osoitimme pisimmän kvanttitilan eliniän, joka on koskaan saavutettu mekaanisessa oskillaattorissa, jota voidaan käyttää kvanttitallennuskomponenttina kvanttilaskenta- ja viestintäjärjestelmissä", sanoo tohtori Amir Youssefi. projektia johtanut opiskelija. "Tämä on suuri saavutus ja vaikuttaa monenlaisiin kvanttifysiikan, sähkötekniikan ja koneenrakennuksen yleisöihin." Läpimurron avainelementti on "tyhjiörakorumpukondensaattori", ohuesta alumiinikalvosta valmistettu tärisevä elementti, joka on ripustettu piisubstraatin ojan päälle. Kondensaattori toimii oskillaattorin värähtelevänä komponenttina ja muodostaa myös resonanssin mikroaaltopiirin. Uuden nanovalmistustekniikan avulla tiimi vähensi merkittävästi mekaanisia häviöitä rumpupääresonaattorissa ja saavutti ennennäkemättömän lämpödekoherenssinopeuden, vain 20 Hz, mikä vastaa 7.7 millisekunnin kvanttitilan käyttöikää – pisin koskaan mekaanisessa oskillaattorissa saavutettu. Lämmön aiheuttaman dekoherenssin huomattava vähentyminen antoi tutkijoille mahdollisuuden käyttää optomekaanista jäähdytystekniikkaa, mikä johti vaikuttavaan 93 %:n tarkkuuteen kvanttitilan miehityksestä perustilassa. Lisäksi tiimi saavutti mekaanisen puristamisen liikkeen nollapisteen vaihtelun alapuolella arvolla -2.7 dB. "Tämän tason ohjauksen avulla voimme tarkkailla mekaanisten puristustilojen vapaata kehitystä säilyttäen sen kvanttikäyttäytymisen pidennetyn 2 millisekunnin ajan, kiitos mekaanisen oskillaattorin poikkeuksellisen alhaisen, vain 0.09 Hz:n puhtaan vaiheenpoistonopeuden", Shingo Kono sanoo. jotka osallistuivat tutkimukseen. "Tällainen erittäin pieni kvanttidekoherenssi ei ainoastaan ​​lisää kvanttiohjauksen ja makroskooppisten mekaanisten järjestelmien mittauksen tarkkuutta, vaan se hyödyttää yhtä lailla liitäntää suprajohtavien kubittien kanssa ja asettaa järjestelmän parametrijärjestelmään, joka sopii kvanttigravitaation testaamiseen", Mahdi Chegnizadeh sanoo. toinen tutkimusryhmän jäsen "Suprajohtaviin kubiteihin verrattuna huomattavasti pidempi tallennusaika tekee alustasta täydellisen ehdokkaan kvanttitallennussovelluksiin."

• SEO-pohjainen sisällön ja PR-jakelu. Vahvista jo tänään.
• PlatoData.Network Vertical Generatiivinen Ai. Vahvista itseäsi. Pääsy tästä.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Tietoa laajennettu. Pääsy tästä.
• PlatoESG. Autot / sähköautot, hiili, CleanTech, energia, ympäristö, Aurinko, Jätehuolto. Pääsy tästä.
• PlatonHealth. Biotekniikan ja kliinisten kokeiden älykkyys. Pääsy tästä.
• ChartPrime. Nosta kaupankäyntipeliäsi ChartPrimen avulla. Pääsy tästä.
• BlockOffsets. Ympäristövastuun omistuksen nykyaikaistaminen. Pääsy tästä.
• Lähde: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=63493.php