_ A ' salt cuantic' la temperatura camerei: Sistemul cu zgomot ultra-scăzut realizează strângerea optică

În domeniul mecanicii cuantice, capacitatea de a observa și controla fenomenele cuantice la temperatura camerei a fost mult timp evazivă, în special pe o suprafață mare sau scară „macroscopică”. În mod tradițional, astfel de observații au fost limitate la medii aproape de zero absolut, unde efectele cuantice sunt mai ușor de detectat. Dar cerința pentru frig extrem a fost un obstacol major, limitând aplicațiile practice ale tehnologiilor cuantice.

Acum, un studiu condus de Tobias J. Kippenberg și Nils Johan Engelsen de la EPFL, redefinește limitele a ceea ce este posibil. Lucrarea de pionierat îmbină fizica cuantică și ingineria mecanică pentru a obține controlul fenomenelor cuantice la temperatura camerei.

„Atingerea regimului optomecanicii cuantice la temperatura camerei a fost o provocare deschisă de zeci de ani”, spune Kippenberg. „Lucrările noastre realizează efectiv microscopul Heisenberg – mult timp considerat a fi doar un model teoretic de jucărie.”

În configurația lor experimentală, publicată în Nature, cercetătorii au creat un sistem optomecanic cu zgomot ultra-scăzut – o configurație în care lumina și mișcarea mecanică se interconectează, permițându-le să studieze și să manipuleze modul în care lumina influențează obiectele în mișcare cu mare precizie.

Principala problemă a temperaturii camerei este zgomotul termic, care perturbă dinamica cuantică delicată. Pentru a minimiza acest lucru, oamenii de știință au folosit oglinzi cu cavitate, care sunt oglinzi specializate care aruncă lumina înainte și înapoi în interiorul unui spațiu restrâns (cavitatea), „prinzând-o” în mod eficient și îmbunătățind interacțiunea cu elementele mecanice din sistem. Pentru a reduce zgomotul termic, oglinzile sunt modelate cu structuri periodice („cristal fononic”) asemănătoare cristalului.

O altă componentă crucială a fost un dispozitiv asemănător tamburului de 4 mm numit oscilator mecanic, care interacționează cu lumina din interior. cavitatea. Dimensiunea și designul său relativ mare sunt cheia pentru izolarea acestuia de zgomotul ambiental, făcând posibilă detectarea fenomenelor cuantice subtile la temperatura camerei.

„Toba pe care o folosim în acest experiment este punctul culminant al multor ani de efort. pentru a crea oscilatoare mecanice care sunt bine izolate de mediu”, spune Engelsen.

„Tehnicile pe care le-am folosit pentru a trata sursele de zgomot notorii și complexe sunt de mare relevanță și impact pentru comunitatea mai largă a detectării de precizie. și măsurare”, spune Guanhao Huang, unul dintre cei doi doctoranzi. studenților care conduc proiectul.

Configurația a permis cercetătorilor să realizeze „strângerea optică”, un fenomen cuantic în care anumite proprietăți ale luminii, cum ar fi intensitatea sau faza sa, sunt manipulate pentru a reduce fluctuațiile unei variabile la nivelul costul creșterii fluctuațiilor în celălalt, așa cum este dictat de principiul lui Heisenberg.

Demonstrând strângerea optică la temperatura camerei în sistemul lor, cercetătorii au arătat că pot controla și observa eficient fenomenele cuantice într-un sistem macroscopic fără nevoie de temperaturi extrem de scăzute. Începutul formei

Echipa consideră că capacitatea de a opera sistemul la temperatura camerei va extinde accesul la sistemele optomecanice cuantice, care sunt baze de testare stabilite pentru măsurarea cuantică și mecanica cuantică la scară macroscopică.

(Fluierul)