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我国科学家提出声子与光子耦合,激光技术方案

核心摘要: 固体与单原子(离子)相比,有着更丰富的量子态,这为发现更多新颖的腔QED效应提供难得的机遇。而单个声子态的激光冷却和调控在量子态的制备和操控具有非常重要的作用。要实现光子-声子系统的量子调控,首先要求目标声子处于量子基态,就要求声子的有效温度冷却得足够低。  目前,单个声子的激光超控研究主要集中在冷原子
? 固体与单原子(离子)相比,有着更丰富的量子态,这为发现更多新颖的腔QED效应提供难得的机遇。而单个声子态的激光冷却和调控在量子态的制备和操控具有非常重要的作用。要实现光子-声子系统的量子调控,首先要求目标声子处于量子基态,就要求声子的有效温度冷却得足够低。

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  目前,单个声子的激光超控研究主要集中在冷原子体系和光力谐振子中,迄今已取得了巨大的成就。通过激光冷却的技术,人们可以将冷原子体系中的原子振动或者光力谐振子中的力学声子(Mechanical Phonon)进行冷却和放大,实现量子相干态和压缩态制备、玻色-爱因斯坦凝聚、声子受激发射和声子激光器以及宽带太赫兹频率梳等。然而,冷原子和人工微纳力学振子不但需要非常昂贵的实验装置和复杂的制备工艺,而且由于这些系统中声子的振动频率通常处于几十MHz到十几个GHz的量级,需要在液氦(4.2K)或者更低(几个mK)的温度下工作,因此这些研究只局限于世界上少数的科研机构,限制和阻碍了相应科学的发展和器件的应用。这就使得进一步寻找和研究新奇的量子体系来实现声子的激光调控成为非常紧迫和重要的课题。

  在量子芯片中,跟超导比特耦合的声子谐振器,是连接转换光电信号和执行量子逻辑操作的关键部件。这类相干声子器件,在量子信息、纳米力学与热电材料、超灵敏传感及无损检测与地质勘探等诸多领域具广泛的应用价值。不过,这一关键部件的制造,存在着一个技术“困扰”,即信号质量和计算精度易受环境噪声的干扰甚至破坏。湖南师范大学物理与电子科学学院教授景辉,提出了一种单向量子声子激光技术,既能实现信号高保真度的定向放大,又可明显抑制反向噪声对芯片功能的干扰或损害。该技术方案不依赖材料非线性,方便拓展到集成阵列电路,填补了国际上单向声子激光研究的空白,为量子计算、单向通信、隐身探测、热流控制等的实际应用提供了一种通用方法。相关成果12月15日,在美国物理学会刊物《物理评论·应用》上在线发布。

(责任编辑:小编)
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