קפיצה קוונטית בטכנולוגיית מתנדים מכניים

11 באוגוסט 2023 (חדשות Nanowerk) במהלך העשור האחרון, מדענים עשו התקדמות אדירה ביצירת תופעות קוונטיות במערכות מכניות. מה שנראה בלתי אפשרי רק לפני חמש עשרה שנה הפך כעת למציאות, כאשר חוקרים יוצרים בהצלחה מצבים קוונטיים באובייקטים מכאניים מקרוסקופיים. על ידי צימוד מתנדים מכניים אלה לפוטוני אור - הידועים כ"מערכות אופטו-מכאניות" -, מדענים הצליחו לקרר אותם לרמת האנרגיה הנמוכה ביותר שלהם קרוב לגבול הקוונטים, "לסחוט אותם" כדי להפחית את הרעידות שלהם עוד יותר, ולסבך אותם. אחד עם השני. התקדמות אלו פתחו הזדמנויות חדשות בחישה קוונטית, אחסון קומפקטי במחשוב קוונטי, בדיקות יסודיות של כוח המשיכה הקוונטי, ואפילו בחיפוש אחר חומר אפל. על מנת להפעיל ביעילות מערכות אופטו-מכאניות במשטר הקוונטי, מדענים עומדים בפני דילמה. מצד אחד, המתנדים המכניים חייבים להיות מבודדים כראוי מסביבתם כדי למזער אובדן אנרגיה; מצד שני, הם חייבים להיות מחוברים היטב למערכות פיזיקליות אחרות כגון מהודים אלקטרומגנטיים כדי לשלוט בהם. השגת איזון זה דורשת למקסם את חיי המצב הקוונטי של המתנדים המושפעים מהתנודות התרמיות של סביבתם ואי-יציבות בתדר המתנדים - מה שמכונה בשטח "דה-קוהרנטיות". זהו אתגר מתמשך בין מערכות שונות, מהמראות הענקיות המשמשות בגלאי גלי כבידה ועד לחלקיקים זעירים כלואים בוואקום גבוה. בהשוואה לטכנולוגיות אחרות כמו קיוביטים מוליכים-על או מלכודות יונים, המערכות האופטו-ואלקטרו-מכניות של היום עדיין מציגות שיעורי דה-קוהרנטיות גבוהים יותר. כעת, מדענים במעבדתו של טוביאס ג'יי קיפנברג ב-EPFL התמודדו עם הבעיה על ידי פיתוח פלטפורמה אופטו-מכנית של מעגלים מוליכים שמציגה דה-קוהרנטיות קוונטית נמוכה במיוחד תוך שמירה על צימוד אופטו-מכני גדול שמביא לשליטה קוונטית בנאמנות גבוהה. העבודה פורסמה לאחרונה ב פיזיקת טבע ("מתנד מכני סחוט עם דה-קוהרנטיות קוונטית של אלפית שנייה"). תמונת מיקרוסקופ אלקטרוני סורק של מערכת אלקטרו-מכנית מוליכת-על קוהרנטית במיוחד. (תמונה: אמיר יוספי, EPFL) "במילים פשוטות, הדגמנו את חיי המצב הקוונטי הארוך ביותר שהושג אי פעם במתנד מכני, שיכול לשמש כרכיב אחסון קוונטי במערכות מחשוב קוונטי ותקשורת", אומר אמיר יוספי, דוקטורט סטודנט שהוביל את הפרויקט. "זהו הישג גדול ומשפיע על מגוון רחב של קהלים בפיזיקה קוונטית, הנדסת חשמל והנדסת מכונות." מרכיב המפתח של פריצת הדרך הוא "קבל ראש תוף מרווח ואקום", אלמנט רוטט העשוי מסרט אלומיניום דק התלוי מעל תעלה במצע סיליקון. הקבל משמש כמרכיב הרטט של המתנד וגם יוצר מעגל מיקרוגל תהודה. באמצעות טכניקת ננו-ייצור חדשנית, הצוות הפחית משמעותית את ההפסדים המכניים במהוד ראש התוף, והשיג קצב דה-קוהרנטיות תרמית חסר תקדים של 20 הרץ בלבד, שווה ערך לחיים של מצב קוונטי של 7.7 מילישניות - הארוך ביותר שהושג אי פעם במתנד מכני. הירידה המדהימה בדה-קוהרנטיות המושרה תרמית אפשרה לחוקרים להשתמש בטכניקת קירור אופטו-מכאנית, וכתוצאה מכך נאמנות מרשימה של 93% מהתפיסה של המצב הקוונטי במצב הקרקע. בנוסף, הצוות השיג סחיטה מכנית מתחת לתנודת נקודת האפס של התנועה, עם ערך של -2.7 dB. "רמת שליטה זו מאפשרת לנו לצפות בהתפתחות החופשית של מצבי סחיטה מכניים המשמרים את ההתנהגות הקוונטית שלו למשך תקופה ממושכת של 2 אלפיות שניות, הודות לקצב ביטול הפאזה הטהור הנמוך במיוחד של 0.09 הרץ בלבד במתנד המכני", אומר שינגו קונו, שתרם למחקר. "דה-קוהרנטיות קוונטית נמוכה במיוחד מגדילה לא רק את הנאמנות של בקרת קוונטים ומדידה של מערכות מכניות מאקרוסקופיות, אלא תועיל באותה מידה בהתממשקות עם קיוביטים מוליכים-על ומציבה את המערכת במשטר פרמטרים המתאים לבדיקות של כוח הכבידה הקוונטית", אומר מהדי צ'גניזאדה. חבר נוסף בצוות המחקר "זמן האחסון הארוך במידה ניכרת בהשוואה לקיוביטים מוליכים-על הופך את הפלטפורמה למועמדת מושלמת ליישומי אחסון קוונטי."

• הפצת תוכן ויחסי ציבור מופעל על ידי SEO. קבל הגברה היום.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. העצים את עצמך. גישה כאן.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. הידע מוגבר. גישה כאן.
• PlatoESG. רכב / רכבים חשמליים, פחמן, קלינטק, אנרגיה, סביבה, שמש, ניהול פסולת. גישה כאן.
• PlatoHealth. מודיעין ביוטכנולוגיה וניסויים קליניים. גישה כאן.
• ChartPrime. הרם את משחק המסחר שלך עם ChartPrime. גישה כאן.
• BlockOffsets. מודרניזציה של בעלות על קיזוז סביבתי. גישה כאן.
• מקור: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=63493.php