Kwantowy skok w technologii oscylatorów mechanicznych

11 sierpnia 2023 (Wiadomości Nanowerk) W ciągu ostatniej dekady naukowcy poczynili ogromne postępy w generowaniu zjawisk kwantowych w układach mechanicznych. To, co wydawało się niemożliwe jeszcze piętnaście lat temu, stało się rzeczywistością, ponieważ naukowcy z powodzeniem tworzą stany kwantowe w makroskopowych obiektach mechanicznych. Łącząc te mechaniczne oscylatory z fotonami światła – znanymi jako „systemy optomechaniczne” – naukowcy byli w stanie schłodzić je do najniższego poziomu energii bliskiego granicy kwantowej, „ścisnąć je”, aby jeszcze bardziej zredukować ich wibracje i splątać je ze sobą. Te postępy otworzyły nowe możliwości w wykrywaniu kwantowym, kompaktowej pamięci masowej w komputerach kwantowych, podstawowych testach grawitacji kwantowej, a nawet w poszukiwaniu ciemnej materii. Aby skutecznie obsługiwać układy optomechaniczne w reżimie kwantowym, naukowcy stają przed dylematem. Z jednej strony oscylatory mechaniczne muszą być odpowiednio odizolowane od otoczenia, aby zminimalizować straty energii; z drugiej strony muszą być dobrze sprzężone z innymi systemami fizycznymi, takimi jak rezonatory elektromagnetyczne, aby je kontrolować. Osiągnięcie tej równowagi wymaga maksymalizacji czasu życia stanu kwantowego oscylatorów, na który wpływają fluktuacje termiczne ich otoczenia i niestabilności częstotliwości oscylatorów – co jest znane w tej dziedzinie jako „dekoherencja”. Jest to ciągłe wyzwanie w różnych systemach, od gigantycznych luster używanych w detektorach fal grawitacyjnych po małe cząstki uwięzione w wysokiej próżni. W porównaniu z innymi technologiami, takimi jak kubity nadprzewodzące lub pułapki jonowe, dzisiejsze systemy opto- i elektromechaniczne nadal wykazują wyższe współczynniki dekoherencji. Teraz naukowcy z laboratorium Tobiasa J. Kippenberga w EPFL zmierzyli się z tym problemem, opracowując platformę optomechaniczną obwodu nadprzewodzącego, która wykazuje bardzo niską dekoherencję kwantową przy jednoczesnym zachowaniu dużego sprzężenia optomechanicznego, co skutkuje wysoką wiernością kontroli kwantowej. Praca została niedawno opublikowana w Fizyka przyrody („Ściśnięty oscylator mechaniczny z milisekundową dekoherencją kwantową”). Obraz ze skaningowego mikroskopu elektronowego ultra-spójnego nadprzewodzącego układu elektromechanicznego. (Zdj.: Amir Youssefi, EPFL) „Mówiąc prościej, wykazaliśmy najdłuższy czas życia stanu kwantowego, jaki kiedykolwiek osiągnięto w oscylatorze mechanicznym, który może być używany jako kwantowy element składujący w kwantowych systemach obliczeniowych i komunikacyjnych”, mówi dr Amir Youssefi student, który prowadził projekt. „To duże osiągnięcie, które ma wpływ na szerokie grono odbiorców zajmujących się fizyką kwantową, elektrotechniką i inżynierią mechaniczną”. Kluczowym elementem przełomu jest „kondensator głowicy perkusyjnej ze szczeliną próżniową”, wibrujący element wykonany z cienkiej folii aluminiowej zawieszony nad rowkiem w krzemowym podłożu. Kondensator służy jako element wibracyjny oscylatora, a także tworzy rezonansowy obwód mikrofalowy. Dzięki nowatorskiej technice nanoprodukcji zespół znacznie zmniejszył straty mechaniczne w rezonatorze naciągu bębna, osiągając bezprecedensowy współczynnik dekoherencji termicznej wynoszący zaledwie 20 Hz, co odpowiada czasowi życia stanu kwantowego wynoszącemu 7.7 milisekundy – najdłuższemu kiedykolwiek osiągniętemu w oscylatorze mechanicznym. Niezwykły spadek dekoherencji indukowanej termicznie pozwolił naukowcom zastosować technikę chłodzenia optomechanicznego, co dało imponującą 93-procentową wierność zajęcia stanu kwantowego w stanie podstawowym. Dodatkowo zespół osiągnął mechaniczne ściskanie poniżej punktu zerowego fluktuacji ruchu, o wartości -2.7 dB. „Ten poziom kontroli pozwala nam obserwować swobodną ewolucję mechanicznych stanów ściśnięcia, zachowując ich zachowanie kwantowe przez dłuższy okres 2 milisekund, dzięki wyjątkowo niskiej czystej szybkości odfazowania wynoszącej zaledwie 0.09 Hz w oscylatorze mechanicznym”, mówi Shingo Kono, którzy przyczynili się do badań. „Tak niska dekoherencja kwantowa nie tylko zwiększa wierność kontroli kwantowej i pomiarów makroskopowych układów mechanicznych, ale w równym stopniu przyniesie korzyści w przypadku współpracy z kubitami nadprzewodzącymi i umieszcza system w reżimie parametrów odpowiednim do testów grawitacji kwantowej”, mówi Mahdi Chegnizadeh, inny członek zespołu badawczego „Znacznie dłuższy czas przechowywania w porównaniu z kubitami nadprzewodzącymi sprawia, że ​​platforma jest idealnym kandydatem do zastosowań w kwantowej pamięci masowej”.

• Dystrybucja treści i PR oparta na SEO. Uzyskaj wzmocnienie już dziś.
• PlatoData.Network Pionowe generatywne AI. Wzmocnij się. Dostęp tutaj.
• PlatoAiStream. Inteligencja Web3. Wiedza wzmocniona. Dostęp tutaj.
• PlatonESG. Motoryzacja / pojazdy elektryczne, Węgiel Czysta technologia, Energia, Środowisko, Słoneczny, Gospodarowanie odpadami. Dostęp tutaj.
• Platon Zdrowie. Inteligencja w zakresie biotechnologii i badań klinicznych. Dostęp tutaj.
• ChartPrime. Podnieś poziom swojej gry handlowej dzięki ChartPrime. Dostęp tutaj.
• Przesunięcia bloków. Modernizacja własności offsetu środowiskowego. Dostęp tutaj.
• Źródło: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=63493.php