Institut d'information quantique de Pékin : Utilisation de la conversion de fréquence intégrée à la fibre-pour obtenir une distribution de l'intrication quantique sur 100 km
Dans les années 1960, l’avènement du laser a ouvert une nouvelle ère scientifique et appliquée. De la lecture de codes de supermarché à la chirurgie de la myopie, la technologie traditionnelle de manipulation de photons laser est intégrée depuis longtemps dans la vie quotidienne. Au cours des deux dernières décennies, les scientifiques ont développé avec succès de nouveaux lasers capables de contrôler les « phonons » (unités d'énergie quantifiées des vibrations mécaniques). Le contrôle précis des phonons devrait apporter davantage de possibilités à la technologie laser, notamment en tirant parti de propriétés quantiques uniques telles que les états intriqués.
Une équipe de recherche de l'Université de Rochester et du Rochester Institute of Technology aux États-Unis a récemment développé un laser à phonons compressés bimode-capable d'obtenir un contrôle de haute-précision des phonons à l'échelle nanométrique.
L'équipe de recherche a publié un article connexe dans la revue Nature Communications, détaillant comment permettre aux quanta de vibrations mécaniques à l'échelle nanométrique (phonons) de maintenir une sortie cohérente semblable à celle d'un laser tout en obtenant une compression du bruit thermique grâce à un couplage bimode -et un refroidissement non linéaire, réduisant ainsi considérablement les fluctuations des lasers à phonons.
Le professeur Nick Vamivakas, l'un des auteurs correspondants de l'article, et ses collaborateurs ont démontré le laser à phonons pour la première fois en 2019. Ils ont utilisé des pincettes optiques pour capturer et suspendre des nanoparticules dans le vide, et ont obtenu une oscillation cohérente des phonons grâce à leurs oscillations mécaniques.
Cependant, pour rendre cette technologie utilisable pour des mesures de haute-précision, ils ont dû surmonter un défi majeur : le-bruit, les interférences qui interfèrent avec les lectures précises des signaux. Ce problème existe dans les lasers à photons et à phonons.
"Le laser apparaît à l'œil nu comme un faisceau de lumière stable, mais il existe en réalité un grand nombre de fluctuations qui peuvent introduire du bruit dans le processus de mesure." Nick Vamivakas a expliqué : "Nous avons obtenu une suppression efficace des fluctuations du laser à phonons en appliquant une modulation de couplage paramétrique aux deux modes d'oscillation dans le système de suspension de la pince optique, combinée à un refroidissement des paramètres non linéaires."
Cette figure montre le dispositif principal et le principe de l’expérience. (a) illustre le système de suspension de pincettes optiques et comment réaliser un couplage à deux modes -par modulation ; (b) explique la génération de puits de potentiel asymétriques et le mécanisme de couplage rotationnel ; () présente visuellement le processus de conversion descendante des phonons-avec la somme de deux fréquences comme fréquence motrice à travers le diagramme de niveau d'énergie, qui est la base physique pour obtenir une compression bimode-.
La principale avancée de l'équipe de recherche est la réalisation d'une compression thermomécanique bimode : sur les deux modes de vibration orthogonaux de x et y de nanoparticules de silice en suspension (diamètre 100 nm) dans des pincettes optiques, la somme des fréquences des deux modes est utilisée comme fréquence motrice pour la modulation de couplage. Dans le même temps, combiné au refroidissement des paramètres non linéaires, le système est stabilisé, comprimant et réduisant directement le bruit thermique inhérent au laser à phonon.
Nick Vamivakas a déclaré que cette capacité de suppression du bruit permet à la précision de mesure de l'accélération du système de surpasser les technologies traditionnelles de mesure des ondes laser à photons et des ondes radiofréquences.
