Institut Informasi Kuantum Beijing: Menggunakan konversi frekuensi-terintegrasi serat untuk mencapai distribusi belitan kuantum sepanjang 100 kilometer
Pada tahun 1960an, kemunculan laser membuka era baru dalam sains dan penerapannya. Dari pemindaian kode supermarket hingga operasi miopia, teknologi manipulasi foton laser tradisional telah lama diintegrasikan ke dalam kehidupan sehari-hari. Dalam dua dekade terakhir, para ilmuwan telah berhasil mengembangkan laser baru yang dapat mengendalikan "fonon" (satuan energi terkuantisasi dari getaran mekanis). Kontrol fonon yang tepat diharapkan membawa lebih banyak kemungkinan pada teknologi laser, seperti memanfaatkan sifat kuantum unik seperti keadaan terjerat.
Sebuah tim peneliti dari Universitas Rochester dan Institut Teknologi Rochester di Amerika Serikat baru-baru ini mengembangkan laser fonon terkompresi-mode ganda yang dapat mencapai-kontrol fonon dengan presisi tinggi pada skala nanometer.
Tim peneliti menerbitkan makalah terkait di jurnal Nature Communications, yang merinci cara mengaktifkan kuanta getaran mekanis skala nano (fonon) untuk mempertahankan keluaran koheren seperti laser sekaligus mencapai kompresi kebisingan termal melalui penggandengan mode ganda dan pendinginan nonlinier, sehingga secara signifikan mengurangi fluktuasi laser fonon.
Profesor Nick Vamivakas, salah satu penulis makalah ini, dan kolaboratornya mendemonstrasikan laser fonon untuk pertama kalinya pada tahun 2019. Mereka menggunakan pinset optik untuk menangkap dan menangguhkan nanopartikel dalam ruang hampa, dan mencapai osilasi fonon yang koheren melalui osilasi mekanisnya.
Namun, agar teknologi ini dapat digunakan dalam-pengukuran presisi tinggi, mereka harus mengatasi tantangan utama-kebisingan, yaitu interferensi yang mengganggu pembacaan sinyal secara akurat. Masalah ini terjadi pada laser foton dan fonon.
"Laser tampak dengan mata telanjang sebagai berkas cahaya yang stabil, namun kenyataannya terdapat sejumlah besar fluktuasi, yang dapat menimbulkan noise ke dalam proses pengukuran." Nick Vamivakas menjelaskan, "Kami mencapai penindasan fluktuasi laser fonon yang efektif dengan menerapkan modulasi kopling parametrik ke dua mode osilasi dalam sistem suspensi pinset optik, dikombinasikan dengan pendinginan parameter nonlinier."
Gambar ini menunjukkan perangkat inti dan prinsip percobaan. (a) mengilustrasikan sistem suspensi pinset optik dan cara mencapai penggandengan dua-mode melalui modulasi; (b) menjelaskan pembentukan sumur potensial asimetris dan mekanisme kopling rotasi; () secara visual menyajikan proses konversi fonon ke bawah-dengan jumlah dua frekuensi sebagai frekuensi penggerak melalui diagram tingkat energi, yang merupakan dasar fisik untuk mencapai kompresi mode-ganda.
Terobosan inti dari tim peneliti adalah realisasi kompresi termomekanikal-mode ganda: pada dua mode getaran ortogonal x dan y nanopartikel silika tersuspensi (diameter 100nm) pada pinset optik, jumlah dari dua frekuensi mode digunakan sebagai frekuensi penggerak untuk modulasi penggandengan. Pada saat yang sama, dikombinasikan dengan pendinginan parameter nonlinier, sistem menjadi stabil, secara langsung mengompresi dan mengurangi kebisingan termal yang melekat pada laser fonon.
Nick Vamivakas mengatakan bahwa kemampuan peredam bising ini memungkinkan akurasi pengukuran percepatan sistem melampaui teknologi pengukuran gelombang frekuensi radio dan laser foton tradisional.
