Credito:Università di Innsbruck
I sensori sono un pilastro dell'Internet delle cose, fornendo i dati per controllare tutti i tipi di oggetti. Qui la precisione è essenziale, ed è qui che le tecnologie quantistiche potrebbero fare la differenza. I ricercatori di Innsbruck e Zurigo stanno ora dimostrando come le nanoparticelle in minuscoli risonatori ottici possono essere trasferite in un regime quantistico e utilizzate come sensori ad alta precisione.
I progressi della fisica quantistica offrono nuove opportunità per migliorare significativamente la precisione dei sensori e quindi abilitare nuove tecnologie. Un team guidato da Oriol Romero-Isart dell'Institute of Quantum Optics and Quantum Information presso l'Accademia austriaca delle scienze e il Dipartimento di fisica teorica dell'Università di Innsbruck e un team guidato da Romain Quidant dell'ETH di Zurigo stanno ora proponendo un nuovo concetto per un sensore quantistico ad alta precisione. I ricercatori suggeriscono che le fluttuazioni di movimento di una nanoparticella intrappolata in un microscopico risonatore ottico potrebbero essere ridotte significativamente al di sotto del movimento del punto zero sfruttando la dinamica instabile veloce del sistema.
Particella intrappolata tra gli specchi
La compressione quantistica meccanica riduce l'incertezza delle fluttuazioni del movimento al di sotto del movimento del punto zero ed è stata dimostrata sperimentalmente in passato con risonatori micromeccanici nel regime quantistico. I ricercatori ora propongono un nuovo approccio, specialmente su misura per i sistemi meccanici levitati. "Dimostriamo che una cavità ottica adeguatamente progettata può essere utilizzata per spremere rapidamente e fortemente il movimento di una nanoparticella levitata", afferma Katja Kustura del team di Oriol Romero-Isart a Innsbruck. In un risonatore ottico, la luce viene riflessa tra gli specchi e interagisce con la nanoparticella levitata. Tale interazione può dar luogo a instabilità dinamiche, che sono spesso considerate indesiderabili. I ricercatori ora mostrano come possono invece essere utilizzati come risorsa. "Nel presente lavoro, mostriamo come, controllando adeguatamente queste instabilità, la dinamica instabile risultante di un oscillatore meccanico all'interno di una cavità ottica porta alla compressione meccanica", afferma Kustura. Il nuovo protocollo è robusto in presenza di dissipazione, rendendolo particolarmente fattibile nell'optomeccanica levitata. Nell'articolo, pubblicato sulla rivista Physical Review Letters , i ricercatori applicano questo approccio a una nanoparticella di silice accoppiata a una microcavità tramite uno scattering coerente. "Questo esempio mostra che possiamo spremere la particella di ordini di grandezza al di sotto del movimento del punto zero, anche partendo da uno stato termico iniziale", è lieto di dire Oriol Romero-Isart.
Il lavoro fornisce un nuovo uso delle cavità ottiche come spremiagrumi quantistici meccanici e suggerisce una nuova strada praticabile nell'optomeccanica levitata oltre il raffreddamento dello stato fondamentale quantistico. I microrisonatori offrono così una nuova interessante piattaforma per la progettazione di sensori quantistici, che potrebbero essere utilizzati, ad esempio, in missioni satellitari, auto a guida autonoma e in sismologia. + Esplora ulteriormente
