Nye overfladeakustiske bølgeteknikker kan føre til at surfe på et kvanteinternet

Forskere ved University of Rochester har brugt akustiske overfladebølger til at overvinde en væsentlig hindring i søgen efter at realisere et kvanteinternet.

I en ny undersøgelse offentliggjort i Nature Communications , beskriver forskere fra Rochesters Institut for Optik og Institut for Fysik og Astronomi en teknik til at parre partikler af lys og lyd, som kunne bruges til trofast at konvertere information lagret i kvantesystemer – qubits – til optiske felter, som kan transmitteres over lange afstande.

Hvad er akustiske overfladebølger?

Akustiske overfladebølger er vibrationer, der glider langs ydersiden af ​​materialer som en bølge i havet eller rystelser langs jorden under et jordskælv. De bruges til en række forskellige applikationer - mange af de elektriske komponenter i vores telefoner har overflade akustiske bølgefiltre - fordi de laver meget præcise hulrum, der kan bruges til præcis timing ved brug som navigation. Men videnskabsmænd er også begyndt at bruge dem i kvanteapplikationer.

"I de sidste 10 år er overfladeakustiske bølger dukket op som en god ressource til kvanteanvendelser, fordi fononen eller individuelle partikel af lyd, kobles meget godt til forskellige systemer," siger William Renninger, lektor i optik og fysik.

Ved hjælp af eksisterende metoder tilgås, manipuleres og styres overfladebølger gennem piezoelektriske materialer for at omdanne elektricitet til akustiske bølger og omvendt. Disse elektriske signaler skal dog påføres mekaniske fingre indsat i midten af ​​det akustiske hulrum, som forårsager parasitære effekter ved at sprede fononer på måder, der skal kompenseres for.

Brug af lys til at manipulere akustiske overfladebølger

I stedet for at koble fononerne til elektriske felter, forsøgte Renningers laboratorium en mindre invasiv tilgang, der skinnede lys på hulrummene og eliminerede behovet for mekanisk kontakt.

"Vi var i stand til stærkt at koble overfladeakustiske bølger med lys," siger Arjun Iyer, en optik Ph.D. elev og førsteforfatter af papiret. "Vi designede akustiske hulrum, eller bittesmå ekkokamre, til disse bølger, hvor lyd kunne vare i lang tid, hvilket muliggør stærkere interaktioner. Især fungerer vores teknik på ethvert materiale, ikke kun de piezoelektriske materialer, der kan styres elektrisk."

Renningers team samarbejdede med laboratoriet af lektor i fysik John Nichol for at lave de akustiske overfladebølgeanordninger beskrevet i undersøgelsen. Ud over at producere stærk kvantekobling har enhederne de ekstra fordele ved simpel fremstilling, lille størrelse og evnen til at håndtere store mængder strøm.

Ud over anvendelser inden for hybrid kvanteberegning, siger holdet, at deres teknikker kan bruges til spektroskopi til at udforske materialers egenskaber, som sensorer og til at studere kondenseret stofs fysik.

Flere oplysninger: Arjun Iyer et al., Kohærent optisk kobling til overfladeakustiske bølgeenheder, Nature Communications (2024). DOI:10.1038/s41467-024-48167-7

Journaloplysninger: Nature Communications

Leveret af University of Rochester