یک جهش کوانتومی در فناوری نوسان ساز مکانیکی

11 اوت 2023 (اخبار نانوورکدر دهه گذشته، دانشمندان در تولید پدیده‌های کوانتومی در سیستم‌های مکانیکی پیشرفت‌های شگرفی داشته‌اند. چیزی که فقط پانزده سال پیش غیرممکن به نظر می رسید اکنون به واقعیت تبدیل شده است، زیرا محققان با موفقیت حالت های کوانتومی را در اجسام مکانیکی ماکروسکوپی ایجاد می کنند. دانشمندان با جفت کردن این نوسانگرهای مکانیکی به فوتون‌های نور - معروف به «سیستم‌های اپتومکانیکی» - توانسته‌اند آن‌ها را تا پایین‌ترین سطح انرژی نزدیک به حد کوانتومی خنک کنند، آنها را «فشار دهند» تا ارتعاش‌هایشان را حتی بیشتر کاهش دهند و آنها را در هم ببندند. با همدیگر. این پیشرفت‌ها فرصت‌های جدیدی را در سنجش کوانتومی، ذخیره‌سازی فشرده در محاسبات کوانتومی، آزمایش‌های اساسی گرانش کوانتومی و حتی در جستجوی ماده تاریک باز کرده است. به منظور بهره برداری کارآمد از سیستم های اپتومکانیکی در رژیم کوانتومی، دانشمندان با یک معضل روبرو هستند. از یک طرف، نوسان سازهای مکانیکی باید به درستی از محیط خود جدا شوند تا اتلاف انرژی به حداقل برسد. از سوی دیگر، آنها باید به خوبی به سایر سیستم های فیزیکی مانند تشدید کننده های الکترومغناطیسی متصل شوند تا آنها را کنترل کنند. ایجاد این توازن مستلزم به حداکثر رساندن طول عمر حالت کوانتومی نوسانگرها است که تحت تأثیر نوسانات حرارتی محیط و ناپایداری فرکانس نوسانگرها قرار می‌گیرد - چیزی که در این زمینه به عنوان "ناپیوستگی" شناخته می‌شود. این یک چالش دائمی در سراسر سیستم‌های مختلف است، از آینه‌های غول‌پیکر مورد استفاده در آشکارسازهای امواج گرانشی تا ذرات ریز به دام افتاده در خلاء بالا. در مقایسه با سایر فناوری‌ها مانند کیوبیت‌های ابررسانا یا تله‌های یونی، سیستم‌های اپتو و الکترومکانیکی امروزی هنوز نرخ‌های ناهمدوسی بالاتری را نشان می‌دهند. اکنون، دانشمندان آزمایشگاه توبیاس جی کیپنبرگ در EPFL با توسعه یک پلتفرم اپتومکانیکی مدار ابررسانا که ناهمدوسی کوانتومی فوق‌العاده پایینی را نشان می‌دهد و در عین حال جفت‌شدن اپتومکانیکی بزرگی را حفظ می‌کند که منجر به کنترل کوانتومی با وفاداری بالا می‌شود، به حل این مشکل پرداخته‌اند. این اثر اخیراً در فیزیک طبیعت (یک نوسان ساز مکانیکی فشرده با ناهمدوسی کوانتومی میلی ثانیه ای). تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی از یک سیستم الکترومکانیکی ابررسانا فوق منسجم. (تصویر: امیر یوسفی، EPFL) امیر یوسفی، دکترای تخصصی، می گوید: «به عبارت ساده، ما طولانی ترین طول عمر حالت کوانتومی را که تا به حال در یک نوسان ساز مکانیکی به دست آمده است، نشان دادیم که می تواند به عنوان یک جزء ذخیره سازی کوانتومی در محاسبات کوانتومی و سیستم های ارتباطی استفاده شود. دانش آموزی که پروژه را رهبری کرد "این یک دستاورد بزرگ است و بر طیف گسترده ای از مخاطبان در فیزیک کوانتومی، مهندسی برق و مهندسی مکانیک تاثیر می گذارد." عنصر کلیدی این پیشرفت یک "خازن سر درام خلاء" است، یک عنصر ارتعاشی ساخته شده از یک لایه آلومینیومی نازک که روی یک ترانشه در یک بستر سیلیکونی معلق است. خازن به عنوان جزء ارتعاشی نوسانگر عمل می کند و همچنین یک مدار مایکروویو تشدید کننده را تشکیل می دهد. از طریق یک تکنیک جدید نانوساخت، تیم به طور قابل توجهی تلفات مکانیکی را در تشدید کننده سر درام کاهش داد و به نرخ ناهمدوسی حرارتی بی‌سابقه‌ای تنها 20 هرتز، معادل طول عمر حالت کوانتومی 7.7 میلی‌ثانیه دست یافت که طولانی‌ترین رکوردی است که تاکنون در یک oscill مکانیکی به دست آمده است. کاهش قابل توجه ناهمدوسی ناشی از گرما به محققان اجازه داد تا از تکنیک خنک‌سازی نوری مکانیکی استفاده کنند که منجر به وفاداری 93 درصدی اشغال حالت کوانتومی در حالت پایه شد. علاوه بر این، تیم به فشردن مکانیکی زیر نوسانات نقطه صفر حرکت، با مقدار -2.7 دسی بل دست یافت. شینگو کونو می‌گوید: «این سطح از کنترل به ما اجازه می‌دهد تا تکامل آزاد حالت‌های فشرده مکانیکی را مشاهده کنیم که رفتار کوانتومی آن را برای یک دوره طولانی 2 میلی‌ثانیه حفظ می‌کند، به لطف نرخ تخلیه خالص استثنایی پایین تنها 0.09 هرتز در نوسان‌گر مکانیکی». که در تحقیق مشارکت داشتند. مهدی چگنی زاده می گوید: «چنین ناهمدوسی کوانتومی بسیار کم نه تنها وفاداری کنترل کوانتومی و اندازه گیری سیستم های مکانیکی ماکروسکوپی را افزایش می دهد، بلکه به همان اندازه از رابط با کیوبیت های ابررسانا سود می برد و سیستم را در رژیم پارامتری مناسب برای آزمایش های گرانش کوانتومی قرار می دهد. یکی دیگر از اعضای تیم تحقیقاتی "زمان ذخیره سازی قابل توجهی طولانی تر در مقایسه با کیوبیت های ابررسانا، پلتفرم را به گزینه ای عالی برای کاربردهای ذخیره سازی کوانتومی تبدیل می کند."

• محتوای مبتنی بر SEO و توزیع روابط عمومی. امروز تقویت شوید.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. به خودت قدرت بده دسترسی به اینجا.
• PlatoAiStream. هوش وب 3 دانش تقویت شده دسترسی به اینجا.
• PlatoESG. خودرو / خودروهای الکتریکی، کربن ، CleanTech، انرژی، محیط، خورشیدی، مدیریت پسماند دسترسی به اینجا.
• PlatoHealth. هوش بیوتکنولوژی و آزمایشات بالینی. دسترسی به اینجا.
• ChartPrime. بازی معاملاتی خود را با ChartPrime ارتقا دهید. دسترسی به اینجا.
• BlockOffsets. نوسازی مالکیت افست زیست محیطی. دسترسی به اینجا.
• منبع: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=63493.php