Kvanttivarasto mikroaalloille

Sveitsiläisen EPFL:n tutkijat käyttävät mekaanista lähelle kvanttiperustilaa jäähdytettyä mikrometrin kokoista rumpua vahvistamaan mikroaaltoja suprajohtavassa piirissä.

Mikroaallot ovat paljon käytetty arjen teknologia. Äskettäin sen tärkeyttä korosti mahdollisuus manipuloida kvantti-informaatiota suprajohtavissa piireissä - yksi parhaita ehdokkaita ymmärtää tulevaisuuden kvanttitietokoneita.

Rummun asema moduloi resonaattorin resonanssitaajuutta ja kääntäen jännite kondensaattorin yli kohdistaa voiman mikro-rumpuun. Tämän kaksisuuntaisen vuorovaikutuksen kautta, energia voi siirtyä mekaanisen värähtelyn ja mikroaaltovärähtelyjen välillä suprajohtavassa piirissä.

Kokeessa, mikro-rumpu jäähdytetään ensin lähelle alhaisinta energian kvanttitasoa sopivasti viritetyillä mikroaalloilla. Jokainen mikroaallon fotoni kuljettaa pois fononin energiaa joten mekaaninen energia vähenee. Tämä jäähdytysprosessi lisää hävikkiä ja muuttaa mikrorummun häviölliseksi säiliöksi mikroaaltoresonaattorille.

Virittämällä ontelon ja jäähdytetyn mikro-rummun välistä vuorovaikutusta, joka on nyt ympäristö mikroaalloille, ontelo voidaan muuntaa mikroaaltovahvistimeksi.

Tutkijoiden mukaan mielenkiintoinen näkökohta tässä vahvistusmenetelmässä on lisätty kohina. Kvanttimekaniikka sanelee, että tätä lisättyä kohinaa ei voida kokonaan vaimentaa, edes periaatteessa. Kokeiltu vahvistin toimii kuitenkin hyvin lähellä tätä rajaa, siksi se on niin ”vähäkohinainen”, kuin se voi vain olla. Mielenkiintoista on myös, että eri järjestelyssä, mikro-rumpu muuntuu mikroaaltolaserin (maseri) mikroaaltoresonaattoriksi.

Tulevaisuuden suhteen tämä koe mahdollistaa tutkijoiden mukaan uusia ilmiöitä ontelollisissa optomekaanisissa järjestelmissä, kuten kohinaton mikroaaltoreititys tai mikroaaltojen lomittuminen. Yleisesti se osoittaa, että mekaaniset oskillaattorit voivat olla käyttökelpoinen väline nopeasti kasvavalla alalla kvanttitiedettä ja -tekniikkaa.