Laservalgus läheb mikrokiibil kvantkõnnile – füüsikamaailm

Šveitsi ETH Zürichi teadlased on muutnud ühe sagedusega (või värvi) valgust kiirgava mikrokiiplaseri laseriks, mis kiirgab valgust laias sagedusvahemikus. Uut optilist kammseadet, mis töötab tänu protsessile, mida nimetatakse kvantkõnniks, saaks kasutada miniatuursete optiliste andurite valmistamiseks keskkonna- ja meditsiiniseireks ning andmeedastuskiiruste suurendamiseks telekommunikatsioonis.

Füüsiku juhtimisel Jérôme Faist, ETH teadlased sai alguse mikrokiibile integreeritud kvantkaskaadlaseriga. See seade koosneb mikrorõngasstruktuurist, mis koosneb arseniidi, galliumi, indiumi ja alumiiniumi kihtidest. Rõngas piirab ja juhib valgust ning kui see on ühendatud otsese elektrivooluallikaga, stimuleeritakse selles olevaid elektrone kiiresti hüppama üle erinevate kihtide, kiirgades footonite kaskaadi. Kui footonid ringlevad ringis, siis nad paljunevad, tekitades ühe sagedusega koherentset laservalgust.

Faist ja tema kolleegid leidsid, et kui nad ergastavad seda süsteemi täiendava vahelduvvooluga, mis võngub teatud resonantssagedusel, muutub kiiratav valgus vaid mõne nanosekundilise ruumi jooksul ühevärvilisest mitmevärviliseks. Eelkõige meenutab kiiratava valguse spekter nn kvantkõnni liikumist enne lõpliku vormi stabiliseerimist.

Laseri kvantkõnd

Esmakordselt pakkus välja füüsik ja Nobeli preemia laureaat Richard Feynman, kvantkõnd on väga erinev klassikalisest juhuslikust kõnnist, mida tavaliselt kasutatakse füüsiliste süsteemide käitumise modelleerimiseks alates kõikuvatest aktsiaturgudest kuni õietolmuterade Browni liikumiseni vedeliku pinnal. Klassikaline juhuslik jalutuskäik toimib nagu eksinud matkaja, kes valib oma järgmised sammud vastavalt mündiviskele. Kui münt langeb näiteks pähe, võib matkaja astuda sammu vasakule, samas kui sabad võivad kutsuda sammu paremale. Pärast paljusid mündiviskeid on matkaja asukoht juhuslik, kuid tõenäoliselt lähedane nende alguspunktile.

Seevastu kvantkõnni puhul liigub kvantosake pärast iga viskamist tõhusalt mõlemas suunas korraga, võttes vastu parema ja vasaku sidusa superpositsiooni. See tähendab, et osakesel on alati mitu võimalikku teed, et jõuda lõpliku positsioonini.

Optiline kammilaadne spekter

Uues seadmes on sellel kvantkõnnil märkimisväärne tulemus. "Erinevad värvid (või sagedused) lisavad kiiratavale valgusele energiat ja loovad optilise kammitaolise spektri," selgitab Faist. "Optilised sagedused on üksteisest võrdsel kaugusel ja nende arv valitakse laserile saadetud elektrilise võnkesignaali sageduse ja amplituudi järgi."

Kvantjuhuslik kõndimine seab superpositsioonile piiri

Mis puutub rakendustesse, siis teadlased ütlevad, et keskkonna- ja meditsiinilise jälgimise jaoks on võimalik miniatuursed optilised andurid. Pikemas perspektiivis lisab Faist, et sellised seadmed võivad suurendada optilise side andmeedastuskiirust, kuna iga laseri kiirgav valgusvärv – kokku kuni 100 värvi – võiks toimida iseseisva sidekanalina.

Teadlased teatavad oma avastustest aastal teadus.

• SEO-põhise sisu ja PR-levi. Võimenduge juba täna.
• PlatoData.Network Vertikaalne generatiivne Ai. Jõustage ennast. Juurdepääs siia.
• PlatoAiStream. Web3 luure. Täiustatud teadmised. Juurdepääs siia.
• PlatoESG. Süsinik, CleanTech, Energia, Keskkond päikeseenergia, Jäätmekäitluse. Juurdepääs siia.
• PlatoTervis. Biotehnoloogia ja kliiniliste uuringute luureandmed. Juurdepääs siia.
• Allikas: https://physicsworld.com/a/laser-light-goes-for-a-quantum-walk-in-a-microchip/