Schizzo che riassume la creazione di (1) un singolo fonone itinerante all'interno di una guida d'onda (2), che può quindi essere rilevata (3) dopo aver riflesso l'estremità della guida d'onda. Credito:Laboratorio Gröblacher, TU Delft.
La maggior parte delle tecnologie di calcolo quantistico si basa sulla capacità di produrre, manipolare e rilevare stati di luce non classici. Gli stati non classici sono stati quantistici che non possono essere prodotti direttamente utilizzando sorgenti di luce convenzionali, come lampade e laser, e quindi non possono essere descritti dalla teoria dell'elettromagnetismo classico.
Questi stati non convenzionali includono stati compressi, stati entangled e stati con una funzione di Wigner negativa. La capacità di controllare allo stesso modo gli stati dei sistemi fononici, quelli che coinvolgono l'acustica e le vibrazioni, potrebbe aprire interessanti possibilità per lo sviluppo di nuove tecnologie quantistiche, compresi i dispositivi per il rilevamento quantistico e l'elaborazione dell'informazione quantistica.
I ricercatori del Kavli Institute of Nanoscience della Delft University of Technology (TU Delft) hanno recentemente introdotto una strategia che potrebbe essere utilizzata per ottenere un elevato livello di controllo sulle guide d'onda fononiche. Questa strategia, delineata in un documento pubblicato su Nature Physics , potrebbe consentire l'uso di guide d'onda fononiche nella tecnologia quantistica, in modo simile a come vengono utilizzate oggi le fibre ottiche e le guide d'onda.
Le fibre ottiche e le guide d'onda possono essere utilizzate per trasmettere informazioni quantistiche codificate in fotoni ottici. Negli ultimi decenni, sono stati componenti essenziali sia per la tecnologia quantistica che per la tecnologia di comunicazione classica.
"Realizzare componenti equivalenti a fibre ottiche e guide d'onda per eccitazioni meccaniche ha il potenziale per rivoluzionare il campo nascente dell'acustica quantistica e della fononica", ha detto a Phys.org Simon Gröblacher, uno dei ricercatori che hanno condotto lo studio. "Tali guide d'onda fononiche a bassa perdita non solo consentiranno di guidare e trasmettere informazioni (quantistiche) codificate in fononi per decine di centimetri su un chip, ma costituiranno la base per un controllo completo e coerente sulle eccitazioni meccaniche in viaggio."
L'obiettivo chiave del recente lavoro di Gröblacher e dei suoi colleghi era di ideare un metodo per controllare gli stati meccanici non classici in una guida d'onda fononica con singoli fononi in una microstruttura di silicio sospesa. Alla fine mirano a introdurre una nuova cassetta degli attrezzi per condurre esperimenti nel campo dell'acustica quantistica, che a sua volta consentirebbe a fisici e ingegneri di interagire con i sistemi quantistici in modi nuovi.
"Le onde acustiche sono fondamentalmente diverse dall'oscillazione di singoli atomi o ioni nelle trappole, a causa della grande massa associata, del loro carattere di propagazione e della possibilità di accoppiarsi a una grande varietà di altri sistemi quantistici come punti quantici e qubit superconduttori", Gröblacher, disse. "Guidare singoli fononi è un passo cruciale verso la realizzazione di dispositivi quantistici ibridi e il trasferimento di informazioni quantistiche su reti eterogenee."
Negli ultimi anni, il gruppo di ricerca di Gröblacher ha condotto numerosi esperimenti incentrati sui dispositivi fononici. Nei loro studi precedenti, sono stati in grado di creare, memorizzare e rilevare singoli fononi in dispositivi a cristalli fotonici/fononici, sfruttando le interazioni optomeccaniche di radiazione-pressione.
Nell'ambito del loro recente studio, hanno progettato e realizzato la prima guida d'onda fononica per produrre eccitazioni meccaniche itineranti non classiche.
"Fabbricando la guida d'onda dal silicio a film sottile, combiniamo la guida d'onda con una sorgente e un rivelatore per stati meccanici non classici e siamo stati in grado di verificare la propagazione di questi stati quantistici nella guida d'onda", ha spiegato Gröblacher. "Queste onde acustiche alle frequenze GHz sono guidate in una geometria su scala nanometrica altamente confinata, con una lunga durata (fino a diversi millisecondi), in particolare a basse temperature, consentendo il trasporto fedele di stati quantistici su distanze centimetriche su un chip."
Nei loro esperimenti, Gröblacher e colleghi hanno dimostrato che durante la propagazione nella loro guida d'onda, le correlazioni non classiche che emergono dai fononi lanciati in tempi diversi vengono conservate. Queste correlazioni non classiche avevano una notevole durata meccanica di circa 100 μs, il che significa che il loro sistema potrebbe teoricamente essere utilizzato per trasmettere singoli fononi per decine di centimetri, senza significative perdite di energia.
I ricercatori hanno anche dimostrato che la loro guida d'onda potrebbe essere utilizzata per realizzare una memoria quantistica FIFO (Foononic first-in-first-out). In futuro, una tale memoria quantistica potrebbe avere preziose applicazioni nelle telecomunicazioni e nell'acustica quantistica. + Esplora ulteriormente
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