Forskare vid University of Rochester har använt akustiska ytvågor för att övervinna ett betydande hinder i strävan efter att förverkliga ett kvantinternet.
I en ny studie publicerad i Nature Communications , beskriver forskare från Rochester's Institute of Optics och Institutionen för fysik och astronomi en teknik för att para ihop partiklar av ljus och ljud som kan användas för att troget omvandla information som lagras i kvantsystem - qubits - till optiska fält, som kan överföras över långa avstånd.
Akustiska ytvågor är vibrationer som glider längs utsidan av material som en våg i havet eller skakningar längs marken under en jordbävning. De används för en mängd olika applikationer – många av de elektriska komponenterna i våra telefoner har akustiska vågfilter på ytan – eftersom de gör mycket exakta hålrum som kan användas för exakt timing vid användning som navigering. Men forskare har börjat använda dem i kvanttillämpningar också.
"Under de senaste 10 åren har akustiska ytvågor dykt upp som en bra resurs för kvanttillämpningar eftersom fononen, eller individuell ljudpartikel, kopplar mycket väl till olika system", säger William Renninger, docent i optik och fysik.
Med hjälp av befintliga metoder nås, manipuleras och kontrolleras ytvågor genom piezoelektriska material för att förvandla elektricitet till akustiska vågor och vice versa. Dessa elektriska signaler måste dock appliceras på mekaniska fingrar som sätts in i mitten av den akustiska kaviteten, vilket orsakar parasiteffekter genom att sprida fononer på sätt som måste kompenseras för.
Användning av ljus för att manipulera akustiska ytvågor
I stället för att koppla fononerna till elektriska fält, försökte Renningers labb ett mindre invasivt tillvägagångssätt som lyste ljus på hålrummen och eliminerade behovet av mekanisk kontakt.
"Vi kunde starkt koppla akustiska ytvågor med ljus", säger Arjun Iyer, en optik Ph.D. student och första författare till tidningen. "Vi designade akustiska kaviteter, eller små ekokammare, för dessa vågor där ljud kan pågå under lång tid, vilket möjliggör starkare interaktioner. Vår teknik fungerar på vilket material som helst, inte bara de piezoelektriska materialen som kan styras elektriskt."
Renningers team samarbetade med labbet för docent i fysik John Nichol för att göra de akustiska ytvågsenheterna som beskrivs i studien. Förutom att producera stark kvantkoppling har enheterna de extra fördelarna med enkel tillverkning, liten storlek och förmågan att hantera stora mängder kraft.
Utöver tillämpningar inom hybrid kvantberäkning, säger teamet att deras tekniker kan användas för spektroskopi för att utforska egenskaper hos material, som sensorer, och för att studera kondenserad materiens fysik.
Mer information: Arjun Iyer et al, Koherent optisk koppling till akustiska ytvågenheter, Nature Communications (2024). DOI:10.1038/s41467-024-48167-7
Journalinformation: Nature Communications
Tillhandahålls av University of Rochester
