Kvantugrás a mechanikus oszcillátortechnológiában

11. augusztus 2023. (Nanowerk News) Az elmúlt évtizedben a tudósok óriási előrehaladást értek el a kvantumjelenségek létrehozásában a mechanikai rendszerekben. Ami tizenöt éve még lehetetlennek tűnt, az mára valósággá vált, amikor a kutatók sikeresen hoznak létre kvantumállapotokat makroszkopikus mechanikai objektumokban. Ezeket a mechanikus oszcillátorokat fényfotonokhoz kapcsolva – úgynevezett „optomechanikus rendszerekkel” – a tudósok le tudták hűteni őket a legalacsonyabb energiaszintjükre, közel a kvantumhatárhoz, „összenyomni” őket, hogy tovább csökkentsék a rezgéseiket, és összefonják őket. egymással. Ezek a fejlesztések új lehetőségeket nyitottak meg a kvantumérzékelés, a kvantumszámítástechnika kompakt tárolása, a kvantumgravitáció alapvető tesztjei és még a sötét anyag kutatása terén is. Az optomechanikai rendszerek kvantumrendszerben történő hatékony működtetése érdekében a tudósok dilemmával szembesülnek. Egyrészt a mechanikus oszcillátorokat megfelelően el kell szigetelni a környezetüktől az energiaveszteség minimalizálása érdekében; másrészt ezeket jól kell csatlakoztatni más fizikai rendszerekhez, például elektromágneses rezonátorokhoz, hogy vezéreljék őket. Ennek az egyensúlynak a megteremtéséhez maximalizálni kell az oszcillátorok kvantumállapot-élettartamát, amelyet a környezetük hőingadozásai és az oszcillátorok frekvenciájának instabilitásai befolyásolnak – amit a területen „dekoherenciának” neveznek. Ez állandó kihívást jelent a különböző rendszerekben, a gravitációs hullámdetektorokban használt gigantikus tükröktől kezdve a nagy vákuumban befogott apró részecskékig. Más technológiákhoz, például szupravezető qubitekhez vagy ioncsapdákhoz képest a mai opto- és elektromechanikus rendszerek még mindig magasabb dekoherenciát mutatnak. Az EPFL Tobias J. Kippenberg laboratóriumának tudósai most egy olyan szupravezető áramköri optomechanikai platform kifejlesztésével oldották meg a problémát, amely ultraalacsony kvantumdekoherenciát mutat, miközben fenntartja a nagy optomechanikai csatolást, amely nagy pontosságú kvantumvezérlést eredményez. A mű nemrégiben jelent meg Természetfizika ("Egy összenyomott mechanikus oszcillátor ezredmásodperces kvantumdekoherenciával"). Ultrakoherens szupravezető elektromechanikus rendszer pásztázó elektronmikroszkópos képe. (Kép: Amir Youssefi, EPFL) „Egyszerű szavakkal, bemutattuk a valaha elért leghosszabb kvantumállapot-élettartamot egy mechanikus oszcillátorban, amely kvantumtároló komponensként használható kvantumszámítási és kommunikációs rendszerekben” – mondja Amir Youssefi, PhD. diák, aki a projektet vezette. "Ez egy nagy eredmény, és a kvantumfizika, az elektrotechnika és a gépészet területén a közönség széles körét érinti." Az áttörés kulcseleme a „vákuumrés dobfejkondenzátor”, egy vékony alumínium fóliából készült vibrációs elem, amelyet egy szilíciumhordozón lévő árok fölött felfüggesztenek. A kondenzátor az oszcillátor rezgő alkatrészeként szolgál, és egy rezonáns mikrohullámú áramkört is képez. Egy új nanogyártási technikával a csapat jelentősen csökkentette a mechanikai veszteségeket a dobfej-rezonátorban, és példátlan, mindössze 20 Hz-es hődekoherenciát ért el, ami 7.7 milliszekundumos kvantumállapot-élettartamnak felel meg – ez a valaha elért leghosszabb mechanikus oszcillátor. A termikusan indukált dekoherencia figyelemreméltó csökkenése lehetővé tette a kutatók számára, hogy optomechanikai hűtési technikát alkalmazzanak, ami lenyűgöző, 93%-os hűséget eredményezett a kvantumállapot-foglalás alapállapotában. Ezenkívül a csapat a mozgás nullapontos ingadozása alatti mechanikai szorítást ért el, -2.7 dB értékkel. „Ez a vezérlési szint lehetővé teszi számunkra, hogy megfigyeljük a mechanikai összenyomott állapotok szabad fejlődését, megőrizve kvantumviselkedését hosszabb ideig, 2 ezredmásodpercig, köszönhetően a mechanikus oszcillátor kivételesen alacsony, mindössze 0.09 Hz-es tiszta fáziscsökkentési sebességének” – mondja Shingo Kono. akik hozzájárultak a kutatáshoz. „Az ilyen ultra-alacsony kvantumdekoherencia nemcsak a makroszkopikus mechanikai rendszerek kvantumvezérlésének és mérésének hűségét növeli, hanem a szupravezető qubitekkel való interfésznek is előnyös, és a rendszert a kvantumgravitáció tesztelésére alkalmas paraméterrendszerbe helyezi” – mondja Mahdi Chegnizadeh. a kutatócsoport másik tagja „A szupravezető qubitekhez képest lényegesen hosszabb tárolási idő miatt a platform tökéletes jelölt a kvantumtárolási alkalmazásokhoz.”

• SEO által támogatott tartalom és PR terjesztés. Erősödjön még ma.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Erősítse meg magát. Hozzáférés itt.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Felerősített tudás. Hozzáférés itt.
• PlatoESG. Autóipar / elektromos járművek, Carbon, CleanTech, Energia, Környezet, Nap, Hulladékgazdálkodás. Hozzáférés itt.
• PlatoHealth. Biotechnológiai és klinikai vizsgálatok intelligencia. Hozzáférés itt.
• ChartPrime. Emelje fel kereskedési játékát a ChartPrime segítségével. Hozzáférés itt.
• BlockOffsets. A környezetvédelmi ellentételezési tulajdon korszerűsítése. Hozzáférés itt.
• Forrás: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=63493.php