Nanoresonaattorit avaavat tietä kvanttiverkoille

Kyky siirtää informaatiota sähkömagneettisen spektrin kaistalla mikroaallosta infrapunaan on elintärkeää laskennassa ja viestinnässä käytettävien kehittyneiden kvanttiverkkojen kehitykselle.

Brasilian Campinasin osavaltion yliopiston (UNICAMP) tutkijoiden yhteistyössä sveitsiläisen ETH Zurichin ja hollantilaisen TU Delftin kollegoiden kanssa keskityttiin nanometristen optomekaanisten onteloiden käyttöön tähän tarkoitukseen.

Nämä nanomittakaavan resonaattorit edistävät korkeataajuisten mekaanisten värähtelyjen ja infrapunavalon välistä vuorovaikutusta tietoliikenneteollisuuden käyttämillä aallonpituuksilla.

"Nanomekaaniset resonaattorit toimivat siltoina suprajohtavien piirien ja optisten kuitujen välillä. Suprajohtavat piirit ovat tällä hetkellä yksi lupaavimpia kvanttilaskennan teknologioita ja optisia kuituja käytetään rutiininomaisesti pitkän matkan datansiirtäjinä", sanoo professori Thiago Alegre.

Alegren mukaan yksi tutkimuksen keskeisistä innovaatioista oli dissipatiivisen optomekaniikan käyttöönotto, jossa fotoneja voidaan sirottaa suoraan aaltoputkesta resonaattoriin. "Optoakustista vuorovaikutusta voidaan siten hallita tiukemmin".

Ennen tätä tutkimusta dissipatiivinen optomekaaninen vuorovaikutus oli osoitettu vain matalilla mekaanisilla taajuuksilla, mikä sulki pois tärkeät sovellukset, kuten kvanttitilan siirrot fotonisen (optisen) ja fononisen (mekaanisen) alueen välillä. Tutkimus osoitti ensimmäisen dissipatiivisen optomekaanisen järjestelmän, joka toimii järjestelmässä, jossa mekaaninen taajuus ylitti optisen viivanleveyden.

"Onnistuimme nostamaan mekaanista taajuutta kahdella suuruusluokalla ja saavutimme optomekaanisen kytkentänopeuden kymmenkertaisen nousun. Tämä tarjoaa erittäin lupaavat näkymät entistä tehokkaampien laitteiden kehittämiseen", Alegre sanoo.

Yhteistyössä TU Delftin kanssa valmistetut piirirakenteet on suunniteltu käyttämään puolijohdeteollisuudessa vakiintuneita teknologioita. Nanometriset piipalkit ripustettiin värähtelemään vapaasti niin, että infrapunavalo ja mekaaniset värähtelyt tapahtuvat samanaikaisesti.

Sivulle sijoitettu aaltoputki mahdollistaa optisen kuidun kytkeytymisen onteloon ja sai aikaan dissipatiivisen kytkennän, joka on tutkijoiden esittämien tulosten keskeinen tekijä.

Tutkimus tarjoaa uusia mahdollisuuksia kvanttiverkkojen rakentamiseen. Tällaisen välittömän sovelluksen lisäksi se luo pohjan tulevalle perustutkimukselle. "Odotamme pystyvämme käsittelemään mekaanisia tiloja yksilöllisesti ja vähentämään optisia epälineaarisuutta optomekaanisissa rakenteissa", Alegre päättelee.

Aiheesta aiemmin:

Pietsosähköakustiikalla kevyempää RF-tekniikkaa