Лазерне світло виконує квантову прогулянку в мікрочіпі – Physics World

Дослідники з ETH Zürich у Швейцарії перетворили мікрочіп-лазер, який випромінює світло однієї частоти (або кольору), на лазер, який випромінює світло в широкому діапазоні частот. Новий пристрій з оптичною гребінкою, який працює завдяки процесу, відомому як квантова прогулянка, може бути використаний для створення мініатюрних оптичних датчиків для екологічного та медичного моніторингу та для збільшення швидкості передачі даних у телекомунікаціях.

Під керівництвом фіз Жером Файст, Дослідники ETH почалося з квантового каскадного лазера, вбудованого в мікрочіп. Цей пристрій складається з мікрокільцевої структури, що складається з шарів арсеніду, галію, індія та алюмінію. Кільце обмежує та спрямовує світло, а коли його підключено до прямого джерела електричного струму, електрони в ньому стимулюються швидко перестрибувати через різні шари, випромінюючи каскад фотонів. Коли фотони циркулюють у кільці, вони розмножуються, виробляючи когерентне лазерне світло з єдиною частотою.

Файст і його колеги виявили, що якщо вони збуджують цю систему додатковим змінним струмом, що коливається на певній резонансній частоті, випромінюване світло перетворюється з одноколірного на кілька кольорів лише за кілька наносекунд. Примітно, що перед стабілізацією своєї остаточної форми спектр випромінюваного світла нагадує рух так званого квантового блукання.

Квантова прогулянка лазера

Вперше запропоноване фізиком і лауреатом Нобелівської премії Річардом Фейнманом квантове блукання дуже відрізняється від класичного випадкового блукання, яке зазвичай використовується для моделювання поведінки фізичних систем, починаючи від коливань фондових ринків і закінчуючи броунівським рухом пилкових зерен на поверхні рідини. Класична випадкова прогулянка працює як заблукавий мандрівник, який обирає свої наступні кроки відповідно до підкинутої монети. Наприклад, якщо монета впаде на орлах, турист може зробити крок ліворуч, тоді як решка може вимагати кроку праворуч. Після багатьох підкидань монети позиція туриста буде випадковою, але ймовірно близькою до вихідної точки.

У квантовій прогулянці, навпаки, квантова частинка фактично рухається в обох напрямках одночасно після кожного підкидання, приймаючи когерентну суперпозицію вправо і вліво. Це означає, що завжди існує кілька можливих шляхів, якими може пройти частинка, щоб досягти свого кінцевого положення.

Оптичний гребінчастий спектр

У новому пристрої ця квантова прогулянка має чудовий результат. «Різні кольори (або частоти) додають енергії випромінюваному світлу та створюють спектр, схожий на оптичний гребінець», — пояснює Фейст. «Оптичні частоти знаходяться на однаковій відстані одна від одної, і їх кількість вибирається частотою та амплітудою електричного коливального сигналу, що надсилається на лазер».

Квантова випадкова блукання обмежує суперпозицію

Що стосується застосувань, дослідники кажуть, що мініатюрні оптичні датчики для екологічного та медичного моніторингу є можливістю. У довгостроковій перспективі Файст додає, що такі пристрої могли б збільшити швидкість передачі даних для оптичного зв’язку, оскільки кожен колір світла, який випромінює лазер – загалом до 100 кольорів – може служити незалежним каналом зв’язку.

Дослідники повідомляють про свої висновки у наука.

• Розповсюдження контенту та PR на основі SEO. Отримайте посилення сьогодні.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Додайте собі сили. Доступ тут.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Розширення знань. Доступ тут.
• ПлатонЕСГ. вуглець, CleanTech, Енергія, Навколишнє середовище, Сонячна, Поводження з відходами. Доступ тут.
• PlatoHealth. Розвідка про біотехнології та клінічні випробування. Доступ тут.
• джерело: https://physicsworld.com/a/laser-light-goes-for-a-quantum-walk-in-a-microchip/