A lézerfény kvantumjárásra megy egy mikrochipen – Fizika világa

A svájci ETH Zürich kutatói egy egyetlen frekvenciájú (vagy színű) fényt kibocsátó mikrochip lézert alakítottak át olyan lézerré, amely széles frekvenciatartományban bocsát ki fényt. A kvantumjárásként ismert eljárásnak köszönhetően működő új optikai fésűs eszközből miniatürizált optikai szenzorokat lehetne készíteni környezeti és orvosi monitorozáshoz, valamint adatátviteli sebességek növelésére a távközlésben.

Fizikus vezetésével Jérôme Faist, a ETH kutatók egy mikrochipbe integrált kvantumkaszkádlézerrel kezdődött. Ez az eszköz egy mikrogyűrűs szerkezetből áll, amely arzenid, gallium, indium és alumínium rétegekből áll. A gyűrű korlátozza és vezeti a fényt, és amikor egy közvetlen elektromos áramforráshoz csatlakozik, a benne lévő elektronokat arra ösztönzik, hogy gyorsan átugorjanak a különböző rétegeken, és fotonok kaszkádját bocsátják ki. Ahogy a fotonok a gyűrűben keringenek, szaporodnak, és egyetlen frekvenciájú koherens lézerfényt állítanak elő.

Faist és munkatársai azt találták, hogy ha ezt a rendszert egy további váltakozó árammal gerjesztik, amely egy bizonyos rezonanciafrekvencián oszcillál, a kibocsátott fény egyszínűből több színűvé válik néhány nanoszekundumos térben. Nevezetesen, mielőtt stabilizálja végleges formáját, a kibocsátott fény spektruma egy úgynevezett kvantumjárás mozgásához hasonlít.

Lézeres kvantumjárás

Először a fizikus és Nobel-díjas Richard Feynman javasolta a kvantumjárást, amely nagyon különbözik a klasszikus véletlenszerű sétától, amelyet általában a fizikai rendszerek viselkedésének modellezésére használnak, a tőzsdék ingadozásától a folyadék felszínén lévő pollenszemcsék Brown-féle mozgásáig. A klasszikus véletlenszerű séta úgy működik, mint egy eltévedt túrázó, aki az érme feldobása alapján választja meg a következő lépéseit. Ha például az érme a fejen landol, a túrázó tehet egy lépést balra, míg a farok kérhet egy lépést jobbra. Sok érmefeldobás után a túrázó pozíciója véletlenszerű lesz, de valószínűleg közel van a kiindulási pontjához.

Ezzel szemben a kvantum-séta során egy kvantumrészecske hatékonyan mozog mindkét irányban egy időben minden dobás után, és a jobb és a bal koherens szuperpozícióját veszi fel. Ez azt jelenti, hogy mindig több lehetséges út van a részecske számára, hogy elérje végső helyzetét.

Optikai fésűszerű spektrum

Az új eszközben ennek a kvantumjárásnak figyelemre méltó eredménye van. „A különböző színek (vagy frekvenciák) energiát adnak a kibocsátott fényhez, és optikai fésűszerű spektrumot hoznak létre” – magyarázza Faist. "Az optikai frekvenciák egyenlő távolságra vannak egymástól, és számukat a lézernek küldött elektromos oszcilláló jel frekvenciája és amplitúdója határozza meg."

A kvantum véletlenszerű séta határt szab a szuperpozíciónak

Ami az alkalmazásokat illeti, a kutatók szerint lehetőség van miniatürizált optikai érzékelőkre a környezeti és orvosi megfigyelésre. Hosszabb távon Faist hozzáteszi, hogy az ilyen eszközök növelhetik az optikai kommunikáció adatátviteli sebességét, mivel a lézer által kibocsátott minden egyes fényszín – összesen akár 100 szín – független kommunikációs csatornaként szolgálhat.

A kutatók eredményeit 2006 - ban jelentették be Tudomány.

• SEO által támogatott tartalom és PR terjesztés. Erősödjön még ma.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Erősítse meg magát. Hozzáférés itt.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Felerősített tudás. Hozzáférés itt.
• PlatoESG. Carbon, CleanTech, Energia, Környezet, Nap, Hulladékgazdálkodás. Hozzáférés itt.
• PlatoHealth. Biotechnológiai és klinikai vizsgálatok intelligencia. Hozzáférés itt.
• Forrás: https://physicsworld.com/a/laser-light-goes-for-a-quantum-walk-in-a-microchip/