Mikropallopari muuttaa mikroaallot valoksi

Kiinalaisten tutkijoiden kehittämä mikropallopari voi muuntaa mikroaaltosignaaleja laajalla taajuusalueella optisiksi signaaleiksi, mikä on välttämätöntä tulevaisuuden kvanttiteknologioille.

Tulevat kvanttiviestintäjärjestelmät käyttävät todennäköisesti mikroaaltoja tiedon siirtämiseen tallennus- ja käsittelylaitteisiin ja niistä pois, mutta käyttävät lasereita informaation siirtämiseen pisteestä toiseen laajemmassa verkossa.

Nyt tutkijat ovat osoittaneet parannetun menetelmän mikroaaltojen muuntamiseksi näkyvän valon signaaleiksi hyödyntämällä tapaa, jolla sähkömagneettiset aallot voivat aiheuttaa värähtelyjä mikropalloissa.

Kaksi toisiinsa kosketuksissa olevaa mikropalloa – toinen mikroaalloille ja toinen optisille signaaleille herkkiä – toimivat muuntimen ytimenä.

Jo tällä hetkellä mikroaaltoja voidaan muuntaa laserien valotaajuuksin nanomittakaavan mekaanisissa rakenteissa mutta ne voivat muuntaa mikroaaltoja vain kapealla taajuusalueella, sanoo Chun-Hua Dong Kiinan tiede- ja teknologiayliopistosta.

Nyt hän ja kollegat raportoivat tavan voittaa tämä ongelma hyödyntämällä sekä optisten että mikroaaltosignaalien taipumusta indusoida mekaanisia värähtelyjä sopivien materiaalien mikroskooppisissa palloissa.

Kuten kuvassa esitetään mikroaaltosignaali (violetti) synnyttää värähtelyjä magneettisessa mikropallossa (vihreä), josta se siirtyy piidioksidimikropalloon (sininen). Nämä värähtelyt vaikuttavat laservaloon (punainen), joka lähetetään tämän toisen pallon läpi, mikä tarjoaa tavan muuntaa mikroaaltosignaalit lasersignaaleiksi laajalla taajuusalueella. (H edustaa käytettyä magneettikenttää.)

Heidän tutkimuspaperin otsikko kertoo, että kyse on koherentista kytkennästä fononien, magnonien ja fotonien välillä.

Kuten Dong korostaa, tämän tekniikan keskeinen etu aikaisempiin muunnosteknologioihin verrattuna on helppous, jolla laite voi vaihtaa laajasti mikroaaltotaajuuksien välillä. Toimintataajuutta voidaan säätää yksinkertaisesti muuttamalla käytetyn magneettikentän voimakkuutta. Tutkijat muunsivat mikroaaltosignaaleja taajuuksilla 4-7 GHz, eli paljon laajemmalla alueella kuin aikaisemmat tekniikat mahdollistavat.

"Työmme päämotivaatio on saavuttaa suprajohtavien piirien paikallaan olevien kubittien ja valokuitujen fotonien kuljettamien "lentävien" kubittien välinen muunnos", Dong sanoo. Erilaiset kiinteät qubit-mallit voivat vaatia erilaisia mikroaaltojen taajuuksia ja asiat voivat muuttua monimutkaisiksi, jos jokainen tarvitsisi oman muuntimen. "Yksi kuvittelemamme sovellus on yksi laite, joka pystyy muuttamaan signaaleja useille suprajohtaville kubiteille eri taajuuksilla", hän sanoo.

"Hyviä tapoja siirtää kvantti-informaatiota mikroaaltojen ja optisten tilojen välillä tarvitaan kiireesti kvanttiverkkojen rakentamiseen", sanoo kvanttijärjestelmäinsinööri Liang Jiang Chicagon yliopistosta. "Viime aikoina tällä alalla on tapahtunut paljon jännittäviä tutkimusedistystä ja tämä työ osoittaa toisen mielenkiintoisen ja mahdollisesti hyödyllisen tekniikan."

Aiheesta aiemmin:

Valo ansoittuu ja synkronoi liikettä

Mikroaaltojen fotoneja kvanttitietokoneisiin