En un experimento reciente en EPFL, un resonador de microondas, un circuito que admite señales eléctricas que oscilan a una frecuencia de resonancia, se acopla a las vibraciones de un micro-tambor metálico. Al enfriar activamente el movimiento mecánico cerca de la energía más baja permitida pormecánica cuántica, el micro-tambor se puede convertir en un depósito cuántico, un entorno que puede dar forma a los estados de las microondas. Los resultados se publican como una publicación avanzada en Física de la naturaleza .
László Dániel Tóth, Nathan Bernier y el Dr. Alexey Feofanov dirigieron el esfuerzo de investigación en el Laboratorio de Fotónica y Mediciones Cuánticas de Tobias Kippenberg en EPFL, con el apoyo del Dr. Andreas Nunnenkamp, un teórico de la Universidad de Cambridge, Reino Unido.
Las microondas son ondas electromagnéticas, al igual que la luz visible, pero con una frecuencia que es cuatro órdenes de magnitud más pequeña. Las microondas forman la columna vertebral de varias tecnologías cotidianas, desde hornos microondas y teléfonos celulares hasta comunicaciones por satélite, y recientemente han adquirido mayor importancia enmanipulando información cuántica en circuitos superconductores, uno de los candidatos más prometedores para realizar futuras computadoras cuánticas.
El micro-tambor, de solo 30 micras de diámetro, 100 nanómetros de espesor y fabricado en el Centro de MicroNanotecnología CMi en EPFL, constituye la placa superior de un condensador en un resonador de microondas superconductor. La posición del tambor modula la frecuencia de resonancia del resonadory, por el contrario, un voltaje a través del condensador ejerce una fuerza sobre el micro-tambor. A través de esta interacción bidireccional, la energía puede intercambiarse entre las vibraciones mecánicas y las oscilaciones de microondas en el circuito superconductor.
En el experimento, el micro-tambor se enfría primero cerca de su nivel cuántico de energía más bajo mediante un tono de microondas sintonizado adecuadamente. Cada fotón de microondas un cuanto de luz se lleva la energía de un fonón un cuanto de movimiento mecánicotal que la energía mecánica se reduce. Este proceso de enfriamiento aumenta la disipación y convierte el micro-tambor en un depósito disipativo para el resonador de microondas.
Al ajustar las interacciones entre la cavidad y el micro-tambor enfriado, que ahora es un entorno para las microondas, la cavidad se puede convertir en un amplificador de microondas. El aspecto más interesante de este proceso de amplificación es el ruido agregado, es decir, la cantidad de fluctuaciones aleatorias y no deseadas que se agregan a la señal amplificada.
Aunque la mecánica cuántica es contraintuitiva, dicta que este ruido adicional no se puede suprimir por completo, incluso en principio. El amplificador realizado en el experimento EPFL funciona muy cerca de este límite, por lo tanto, es tan "silencioso" como puede ser. Interesantemente, en un régimen diferente, el micro-tambor convierte el resonador de microondas en un maser o láser de microondas.
"Ha habido una gran cantidad de investigación centrada en incorporar osciladores mecánicos al régimen cuántico en los últimos años", dice el Dr. Alexey Feofanov, investigador postdoctoral en el proyecto. "Sin embargo, nuestro experimento es uno de los primeros que realmentemuestra y aprovecha sus capacidades para futuras tecnologías cuánticas "
Mirando hacia el futuro, este experimento permite fenómenos novedosos en sistemas optomecánicos de cavidades como enrutamiento de microondas silencioso o entrelazamiento de microondas. En general, demuestra que los osciladores mecánicos pueden ser un recurso útil en el campo de rápido crecimiento de la ciencia y la ingeniería cuánticas.
Las actividades futuras sobre las posibilidades de investigación emergentes creadas por este trabajo serán apoyadas por dos proyectos EC Horizon 2020 recientemente iniciados: Tecnologías Optomecánicas Híbridas HOT y Tecnologías Optomecánicas OMT, ambas coordinadas en EPFL.
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Materiales proporcionado por Escuela Politécnica Federal de Lausana . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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