De flesta kvantberäkningstekniker är beroende av förmågan att producera, manipulera och detektera icke-klassiska ljustillstånd. Icke-klassiska tillstånd är kvanttillstånd som inte direkt kan produceras med hjälp av konventionella ljuskällor, såsom lampor och lasrar, och kan således inte beskrivas av teorin om klassisk elektromagnetism.

Dessa okonventionella tillstånd inkluderar pressade tillstånd, intrasslade tillstånd och tillstånd med en negativ Wigner-funktion. Möjligheten att på liknande sätt kontrollera tillstånden för fononiska system, de som involverar akustik och vibrationer, kan öppna intressanta möjligheter för utveckling av nya kvantteknologier, inklusive enheter för kvantavkänning och kvantinformationsbehandling.

Forskare vid Delft University of Technology (TU Delft) Kavli Institute of Nanoscience har nyligen introducerat en strategi som skulle kunna användas för att uppnå en hög nivå av kontroll över fononiska vågledare. Denna strategi, som beskrivs i en artikel publicerad i Nature Physics , skulle kunna möjliggöra användningen av fononiska vågledare i kvantteknik, på samma sätt som optiska fibrer och vågledare används idag.

Optiska fibrer och vågledare kan användas för att överföra kvantinformation kodad i optiska fotoner. Under de senaste decennierna har de varit viktiga komponenter för både kvantteknologi och klassisk kommunikationsteknik.

"Att förverkliga likvärdiga komponenter till optiska fibrer och vågledare för mekaniska excitationer har potentialen att revolutionera det begynnande fältet av kvantakustik och fononik", säger Simon Gröblacher, en av forskarna som genomförde studien, till Phys.org. "Sådana fononiska vågledare med låg förlust kommer inte bara att tillåta att styra och sända (kvant)information kodad i fononer över tiotals centimeter på ett chip, utan kommer att utgöra grunden för fullständig koherent kontroll över rörliga mekaniska excitationer."

Huvudsyftet med det senaste arbetet av Gröblacher och hans kollegor var att ta fram en metod för att kontrollera icke-klassiska mekaniska tillstånd i en fononisk vågledare med individuella fononer i en suspenderad kiselmikrostruktur. De syftar slutligen på att introducera en ny verktygslåda för att utföra experiment inom kvantakustikområdet, vilket i sin tur skulle göra det möjligt för fysiker och ingenjörer att interagera med kvantsystem på nya sätt.

"Akustiska vågor skiljer sig fundamentalt från svängningen av enstaka atomer eller joner i fällor, på grund av den tillhörande stora massan, deras fortplantningskaraktär och möjligheten att koppla till en stor mängd andra kvantsystem som kvantprickar och supraledande kvantbitar," Gröblacher, sa. "Att vägleda enstaka fononer är ett avgörande steg mot att förverkliga hybridkvantenheter och överföra kvantinformation över heterogena nätverk."

Under de senaste åren har Gröblachers forskargrupp genomfört många experiment med fokus på fononiska enheter. I sina tidigare studier kunde de skapa, lagra och detektera enstaka fononer i fotoniska/foniska kristallenheter, vilket utnyttjade optomekaniska interaktioner mellan strålning och tryck.

Som en del av sin senaste studie designade och realiserade de den första fononiska vågledaren för att producera icke-klassiska resande mekaniska excitationer.

"Genom att tillverka vågledaren från tunnfilmkisel kombinerar vi vågledaren med en källa och detektor för icke-klassiska mekaniska tillstånd och kunde verifiera utbredningen av dessa kvanttillstånd i vågledaren," förklarade Gröblacher. "Dessa akustiska vågor vid GHz-frekvenser styrs i en mycket begränsad geometri i nanoskala, med lång livslängd (upp till flera millisekunder), särskilt vid låga temperaturer, vilket möjliggör trogen transport av kvanttillstånd över centimeteravstånd på ett chip."

I sina experiment visade Gröblacher och hans kollegor att när de fortplantar sig i deras vågledare, bevaras de icke-klassiska korrelationerna som uppstår från fononer som lanserats vid olika tidpunkter. Dessa icke-klassiska korrelationer hade en anmärkningsvärd mekanisk livslängd på cirka 100 μs, vilket betyder att deras system teoretiskt skulle kunna användas för att sända enstaka fononer över tiotals centimeter, utan betydande energiförluster.

Forskarna visade också att deras vågledare kunde användas för att realisera ett fononiskt först-in-först-ut (FIFO) kvantminne. I framtiden kan ett sådant kvantminne ha värdefulla tillämpningar inom telekommunikation och kvantakustik. + Utforska vidare

Forskare inser kvantteleportation till mekanisk rörelse av kiselstrålar

© 2022 Science X Network