Instituto de Información Cuántica de Beijing: uso de la conversión de frecuencia integrada-de fibra para lograr una distribución del entrelazamiento cuántico a lo largo de 100 kilómetros
En la década de 1960, la llegada del láser abrió una nueva era de ciencia y aplicaciones. Desde el escaneo de códigos de supermercado hasta la cirugía de miopía, la tecnología tradicional de manipulación de fotones láser se ha integrado en la vida diaria desde hace mucho tiempo. En las últimas dos décadas, los científicos han desarrollado con éxito nuevos láseres que pueden controlar "fonones" (unidades de energía cuantificadas de vibraciones mecánicas). Se espera que el control preciso de los fonones brinde más posibilidades a la tecnología láser, como aprovechar propiedades cuánticas únicas, como los estados entrelazados.
Un equipo de investigación de la Universidad de Rochester y el Instituto de Tecnología de Rochester (Estados Unidos) ha desarrollado recientemente un láser de fonones comprimidos de modo dual-que puede lograr un control de alta-precisión de fonones a escala nanométrica.
El equipo de investigación publicó un artículo relacionado en la revista Nature Communications, en el que se detalla cómo permitir que los cuantos de vibración mecánica a nanoescala (fonones) mantengan una salida coherente similar a la de un láser-al mismo tiempo que se logra la compresión del ruido térmico mediante un acoplamiento de modo dual-y un enfriamiento no lineal, reduciendo así significativamente las fluctuaciones de los láseres de fonones.
El profesor Nick Vamivakas, uno de los autores correspondientes del artículo, y sus colaboradores demostraron el láser de fonones por primera vez en 2019. Utilizaron pinzas ópticas para capturar y suspender nanopartículas en el vacío y lograron una oscilación coherente de los fonones a través de sus oscilaciones mecánicas.
Sin embargo, para que esta tecnología fuera utilizable para mediciones de alta-precisión, tuvieron que superar un desafío clave:-el ruido: la interferencia que interfiere con las lecturas precisas de las señales. Este problema existe tanto en los láseres de fotones como en los de fonones.
"El láser aparece a simple vista como un haz de luz estable, pero en realidad presenta un gran número de fluctuaciones que pueden introducir ruido en el proceso de medición". Nick Vamivakas explicó: "Logramos una supresión efectiva de las fluctuaciones del láser de fonones aplicando modulación de acoplamiento paramétrico a los dos modos de oscilación en el sistema de suspensión de pinzas ópticas, combinado con enfriamiento de parámetros no lineal".
Esta figura muestra el dispositivo central y el principio del experimento. (a) ilustra el sistema de suspensión de pinzas ópticas y cómo lograr un acoplamiento de dos-modos mediante modulación; (b) explica la generación de pozos potenciales asimétricos y el mecanismo de acoplamiento rotacional; () presenta visualmente el proceso de conversión descendente-de fonones con la suma de dos frecuencias como frecuencia impulsora a través del diagrama de niveles de energía, que es la base física para lograr la compresión en modo dual-.
El principal avance del equipo de investigación es la realización de la compresión termomecánica de modo dual-: en los dos modos de vibración ortogonales de xey de nanopartículas de sílice suspendidas (diámetro de 100 nm) en pinzas ópticas, la suma de las frecuencias de los dos modos se utiliza como frecuencia impulsora para la modulación de acoplamiento. Al mismo tiempo, combinado con un enfriamiento de parámetros no lineal, el sistema se estabiliza, comprimiendo y reduciendo directamente el ruido térmico inherente del láser de fonones.
Nick Vamivakas dijo que esta capacidad de supresión de ruido permite que la precisión de la medición de la aceleración del sistema supere las tecnologías tradicionales de medición de ondas de radiofrecuencia y láser de fotones.
