I ricercatori dell'Università di Rochester hanno utilizzato le onde acustiche superficiali per superare un ostacolo significativo nel tentativo di realizzare un'Internet quantistica.
In un nuovo studio pubblicato su Nature Communications , gli scienziati dell'Istituto di ottica e del Dipartimento di fisica e astronomia di Rochester descrivono una tecnica per accoppiare particelle di luce e suono che potrebbero essere utilizzate per convertire fedelmente le informazioni archiviate nei sistemi quantistici, i qubit, in campi ottici, che possono essere trasmessi su lunghe distanze.
Le onde acustiche superficiali sono vibrazioni che scivolano lungo l'esterno dei materiali come un'onda nell'oceano o tremori lungo il terreno durante un terremoto. Vengono utilizzati per una varietà di applicazioni (molti dei componenti elettrici dei nostri telefoni sono dotati di filtri per le onde acustiche superficiali) perché creano cavità molto precise che possono essere utilizzate per tempi precisi in usi come la navigazione. Ma gli scienziati hanno iniziato a usarli anche nelle applicazioni quantistiche.
"Negli ultimi 10 anni, le onde acustiche superficiali sono emerse come una buona risorsa per le applicazioni quantistiche perché il fonone, o la singola particella del suono, si accoppia molto bene con sistemi diversi", afferma William Renninger, professore associato di ottica e fisica.
Utilizzando i metodi esistenti, si accede, si manipolano e si controllano le onde acustiche superficiali attraverso materiali piezoelettrici per trasformare l’elettricità in onde acustiche e viceversa. Tuttavia, questi segnali elettrici devono essere applicati a dita meccaniche inserite al centro della cavità acustica, che causano effetti parassiti disperdendo i fononi in modi che devono essere compensati.
Utilizzo della luce per manipolare le onde acustiche superficiali
Invece di accoppiare i fononi ai campi elettrici, il laboratorio di Renninger ha provato un approccio meno invasivo, facendo luce sulle cavità ed eliminando la necessità del contatto meccanico.
"Siamo stati in grado di accoppiare fortemente le onde acustiche superficiali con la luce", afferma Arjun Iyer, dottore in ottica. studente e primo autore dell'articolo. "Abbiamo progettato cavità acustiche, o minuscole camere d'eco, per queste onde in cui il suono potrebbe durare a lungo, consentendo interazioni più forti. In particolare, la nostra tecnica funziona su qualsiasi materiale, non solo sui materiali piezoelettrici che possono essere controllati elettricamente."
Il team di Renninger ha collaborato con il laboratorio del professore associato di fisica John Nichol per realizzare i dispositivi a onde acustiche superficiali descritti nello studio. Oltre a produrre un forte accoppiamento quantistico, i dispositivi presentano i vantaggi aggiuntivi di fabbricazione semplice, dimensioni ridotte e capacità di gestire grandi quantità di energia.
Oltre alle applicazioni nell'informatica quantistica ibrida, il team afferma che le loro tecniche possono essere utilizzate per la spettroscopia per esplorare le proprietà dei materiali, come sensori e per studiare la fisica della materia condensata.
Ulteriori informazioni: Arjun Iyer et al, Accoppiamento ottico coerente con dispositivi a onde acustiche superficiali, Nature Communications (2024). DOI:10.1038/s41467-024-48167-7
Informazioni sul giornale: Comunicazioni sulla natura
Fornito dall'Università di Rochester
