Lompatan kuantum dalam teknologi osilator mekanis

11 Agustus 2023 (Berita Nanowerk) Selama dekade terakhir, para ilmuwan telah membuat kemajuan luar biasa dalam menghasilkan fenomena kuantum dalam sistem mekanis. Apa yang tampak mustahil hanya lima belas tahun yang lalu kini telah menjadi kenyataan, karena para peneliti berhasil menciptakan keadaan kuantum dalam objek mekanik makroskopik. Dengan menggabungkan osilator mekanis ini ke foton cahaya – yang dikenal sebagai “sistem optomekanis”-, para ilmuwan telah mampu mendinginkannya ke tingkat energi terendah mendekati batas kuantum, “memerasnya” untuk mengurangi getarannya lebih jauh, dan menjeratnya. satu sama lain. Kemajuan ini telah membuka peluang baru dalam penginderaan kuantum, penyimpanan kompak dalam komputasi kuantum, pengujian dasar gravitasi kuantum, dan bahkan dalam pencarian materi gelap. Untuk mengoperasikan sistem optomekanis secara efisien dalam rezim kuantum, para ilmuwan menghadapi dilema. Di satu sisi, osilator mekanis harus diisolasi dengan benar dari lingkungannya untuk meminimalkan kehilangan energi; di sisi lain, mereka harus digabungkan dengan baik ke sistem fisik lain seperti resonator elektromagnetik untuk mengendalikannya. Mencapai keseimbangan ini memerlukan pemaksimalan masa hidup status kuantum osilator yang dipengaruhi oleh fluktuasi termal lingkungan dan ketidakstabilan frekuensi osilator – yang dikenal di lapangan sebagai “dekoherensi”. Ini adalah tantangan terus-menerus di berbagai sistem, mulai dari cermin raksasa yang digunakan dalam detektor gelombang gravitasi hingga partikel kecil yang terperangkap dalam vakum tinggi. Dibandingkan dengan teknologi lain seperti qubit superkonduktor atau perangkap ion, sistem opto dan elektromekanis saat ini masih menunjukkan tingkat dekoherensi yang lebih tinggi. Sekarang, para ilmuwan di laboratorium Tobias J. Kippenberg di EPFL telah mengatasi masalah tersebut dengan mengembangkan platform optomekanis sirkuit superkonduktor yang menunjukkan dekoherensi kuantum ultra-rendah sambil mempertahankan kopling optomekanis besar yang menghasilkan kontrol kuantum fidelitas tinggi. Karya tersebut baru-baru ini diterbitkan di Fisika Alam (“Osilator mekanis yang diperas dengan dekoherensi kuantum milidetik”). Memindai gambar mikroskop elektron dari sistem elektro-mekanis superkonduktor ultra-koheren. (Gambar: Amir Youssefi, EPFL) “Dengan kata sederhana, kami mendemonstrasikan masa hidup status kuantum terpanjang yang pernah dicapai dalam osilator mekanik, yang dapat digunakan sebagai komponen penyimpanan kuantum dalam komputasi kuantum dan sistem komunikasi,” kata Amir Youssefi, PhD siswa yang memimpin proyek. “Ini adalah pencapaian besar dan memengaruhi khalayak luas dalam fisika kuantum, teknik elektro, dan teknik mesin.” Elemen kunci dari terobosan ini adalah "kapasitor drumhead celah vakum", elemen getar yang terbuat dari film aluminium tipis yang digantung di atas parit dalam substrat silikon. Kapasitor berfungsi sebagai komponen getar osilator dan juga membentuk rangkaian gelombang mikro resonansi. Melalui teknik nanofabrikasi baru, tim secara signifikan mengurangi kerugian mekanis pada resonator drumhead, mencapai tingkat dekoherensi termal yang belum pernah terjadi sebelumnya hanya 20 Hz, setara dengan masa hidup keadaan kuantum 7.7 milidetik – terpanjang yang pernah dicapai dalam osilator mekanis. Penurunan yang luar biasa dalam dekoherensi yang diinduksi secara termal memungkinkan para peneliti untuk menggunakan teknik pendinginan optomekanis, menghasilkan kesetiaan 93% yang mengesankan dari pendudukan keadaan kuantum di keadaan dasar. Selain itu, tim mencapai pemerasan mekanis di bawah fluktuasi gerakan titik nol, dengan nilai -2.7 dB. “Level kontrol ini memungkinkan kami untuk mengamati evolusi bebas dari kondisi terjepit mekanis yang mempertahankan perilaku kuantumnya untuk jangka waktu 2 milidetik, berkat laju dephasing murni yang sangat rendah, hanya 0.09 Hz dalam osilator mekanis,” kata Shingo Kono, yang berkontribusi dalam penelitian. “Dekoherensi kuantum ultra-rendah semacam itu tidak hanya meningkatkan ketepatan kontrol kuantum dan pengukuran sistem mekanis makroskopik, tetapi juga akan menguntungkan interfacing dengan qubit superkonduktor dan menempatkan sistem dalam rezim parameter yang cocok untuk pengujian gravitasi kuantum,” kata Mahdi Chegnizadeh, anggota lain dari tim peneliti “Waktu penyimpanan yang jauh lebih lama dibandingkan dengan qubit superkonduktor menjadikan platform ini kandidat yang sempurna untuk aplikasi penyimpanan kuantum.”

• Konten Bertenaga SEO & Distribusi PR. Dapatkan Amplifikasi Hari Ini.
• PlatoData.Jaringan Vertikal Generatif Ai. Berdayakan Diri Anda. Akses Di Sini.
• PlatoAiStream. Intelijen Web3. Pengetahuan Diperkuat. Akses Di Sini.
• PlatoESG. Otomotif / EV, Karbon, teknologi bersih, energi, Lingkungan Hidup, Tenaga surya, Penanganan limbah. Akses Di Sini.
• PlatoHealth. Kecerdasan Uji Coba Biotek dan Klinis. Akses Di Sini.
• ChartPrime. Tingkatkan Game Trading Anda dengan ChartPrime. Akses Di Sini.
• BlockOffset. Modernisasi Kepemilikan Offset Lingkungan. Akses Di Sini.
• Sumber: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=63493.php