Sinar laser berjalan dalam kuantum dalam microchip – Dunia Fisika

Para peneliti di ETH Zürich di Swiss telah mengubah laser microchip yang memancarkan satu frekuensi (atau warna) cahaya menjadi laser yang memancarkan cahaya pada rentang frekuensi yang luas. Perangkat sisir optik baru, yang bekerja berkat proses yang dikenal sebagai quantum walk, dapat digunakan untuk membuat sensor optik mini untuk pemantauan lingkungan dan medis serta untuk meningkatkan laju transmisi data dalam telekomunikasi.

Dipimpin oleh fisikawan Jérôme Faist, yang peneliti ETH dimulai dengan laser kaskade kuantum yang diintegrasikan ke dalam microchip. Perangkat ini terdiri dari struktur cincin mikro yang terdiri dari lapisan arsenida, galium, indium, dan aluminium. Cincin tersebut membatasi dan memandu cahaya dan ketika dihubungkan ke sumber arus listrik langsung, elektron di dalamnya dirangsang untuk melompat dengan cepat melintasi lapisan yang berbeda, memancarkan serangkaian foton. Saat foton bersirkulasi di dalam cincin, mereka berkembang biak, menghasilkan sinar laser yang koheren dengan frekuensi tunggal.

Faist dan rekannya menemukan bahwa jika mereka merangsang sistem ini dengan arus bolak-balik tambahan yang berosilasi pada frekuensi resonansi tertentu, cahaya yang dipancarkan berubah dari satu warna menjadi beberapa warna dalam waktu hanya beberapa nanodetik. Khususnya, sebelum ia menstabilkan bentuk akhirnya, spektrum cahaya yang dipancarkan menyerupai gerakan yang disebut perjalanan kuantum.

Perjalanan kuantum laser

Pertama kali diusulkan oleh fisikawan dan peraih Nobel Richard Feynman, perjalanan kuantum sangat berbeda dari perjalanan acak klasik yang biasa digunakan untuk memodelkan perilaku sistem fisik mulai dari pasar saham yang berfluktuasi hingga gerakan Brownian dari butiran serbuk sari pada permukaan cairan. Jalan acak klasik bekerja seperti pejalan kaki tersesat yang memilih langkah selanjutnya berdasarkan pelemparan koin. Misalnya, jika koin mendarat di kepala, pendaki mungkin akan mengambil langkah ke kiri, sedangkan ekor mungkin memerlukan langkah ke kanan. Setelah banyak pelemparan koin, posisi pejalan kaki akan acak, namun kemungkinan besar dekat dengan titik awalnya.

Sebaliknya, dalam perjalanan kuantum, partikel kuantum secara efektif bergerak ke dua arah pada waktu yang sama setelah setiap pelemparan, mengadopsi superposisi koheren kanan dan kiri. Artinya, selalu ada beberapa jalur yang mungkin ditempuh partikel untuk mencapai posisi akhirnya.

Spektrum seperti sisir optik

Pada perangkat baru, perjalanan kuantum ini memiliki hasil yang luar biasa. “Warna (atau frekuensi) yang berbeda menambah energi pada cahaya yang dipancarkan dan menciptakan spektrum seperti sisir optik,” jelas Faist. “Frekuensi optik berjarak sama satu sama lain, dan jumlahnya dipilih berdasarkan frekuensi dan amplitudo sinyal osilasi listrik yang dikirim ke laser.”

Jalan acak kuantum membatasi superposisi

Mengenai penerapannya, para peneliti mengatakan sensor optik mini untuk pemantauan lingkungan dan medis adalah suatu kemungkinan. Dalam jangka panjang, Faist menambahkan bahwa perangkat tersebut dapat meningkatkan kecepatan transmisi data untuk komunikasi optik, karena setiap warna cahaya yang dipancarkan laser – hingga total 100 warna – dapat berfungsi sebagai saluran komunikasi independen.

Para peneliti melaporkan temuan mereka di Ilmu.

• Konten Bertenaga SEO & Distribusi PR. Dapatkan Amplifikasi Hari Ini.
• PlatoData.Jaringan Vertikal Generatif Ai. Berdayakan Diri Anda. Akses Di Sini.
• PlatoAiStream. Intelijen Web3. Pengetahuan Diperkuat. Akses Di Sini.
• PlatoESG. Karbon, teknologi bersih, energi, Lingkungan Hidup, Tenaga surya, Penanganan limbah. Akses Di Sini.
• PlatoHealth. Kecerdasan Uji Coba Biotek dan Klinis. Akses Di Sini.
• Sumber: https://physicsworld.com/a/laser-light-goes-for-a-quantum-walk-in-a-microchip/