Natuurkundigen hebben een kwantum" ontworpen; optische compressor" dat kan de kwantumruis in de invallende laserstraal met 15% verminderen. Dit is het eerste systeem in zijn soort dat werkt bij kamertemperatuur, waardoor het geschikt is voor compacte draagbare opstellingen en kan worden toegevoegd aan zeer nauwkeurige experimenten om lasermetingen te verbeteren.
De kern van deze "compressor" is een optische holte met twee nano-mechanische spiegels in een vacuümkamer. Een van de spiegels is kleiner dan de diameter van een mensenhaar, hangt aan een veerachtige cantilever en kan bewegen. De grotere spiegel staat stil.
De vorm en het uiterlijk van de kleinere" nanomechanische" spiegels spelen een sleutelrol in het vermogen van het systeem om bij kamertemperatuur te werken. Wanneer de laserstraal de kamer binnenkomt, wordt deze gereflecteerd tussen de twee spiegels. De kracht die door het licht wordt uitgeoefend, zorgt ervoor dat de nanomechanische spiegel heen en weer zwaait, waardoor onderzoekers parameters kunnen ontwerpen om het licht speciale kwantumeigenschappen te geven.
De laser kan het systeem in gecomprimeerde toestand verlaten, wat kan worden gebruikt voor nauwkeurigere metingen, zoals kwantumcomputers en gravitatiegolfdetectie. MIT Marble Professor en adjunct-directeur natuurkunde Nergis Mavalvala zei:" Het belang van het resultaat is dat je deze mechanische systemen zo kunt ontwerpen dat ze kwantummechanica hebben bij kamertemperatuur. Prestatie."
Laser bevat een groot aantal fotonen, deze fotonen stromen naar buiten in de vorm van gesynchroniseerde golven om een heldere gefocusseerde straal te produceren. In deze geordende configuratie is er echter enige willekeur tussen de individuele fotonen van de laser, die verschijnen in de vorm van kwantumfluctuaties, die ook wel&wordt genoemd; schotruis" in de natuurkunde.
Tot dusver is optomechanische compressie gerealiseerd in grootschalige apparaten die in cryogene koelkasten moeten worden ondergebracht. Dit komt omdat, zelfs bij kamertemperatuur, de omringende thermische energie voldoende is om de bewegende delen van het systeem te beïnvloeden, waardoor" jitter" ontstaat, wat de effecten van kwantumruis teniet doet. Om thermische ruis te weerstaan, moesten de onderzoekers het systeem koelen tot ongeveer 10 K (-263,5 ℃)." Als je cryogene koeling nodig hebt, kun je' t hebben een draagbare compacte extruder," Zei Mahuawala." Dat zou een doorbraak kunnen zijn, want je kunt de compressor niet in een grote koelkast plaatsen en deze gebruiken voor experimenten of apparatuur die in het veld wordt gebruikt."
Het team onder leiding van Aggarwal wilde een opto-mechanisch systeem ontwerpen waarbij de beweegbare spiegel van het systeem is gemaakt van een materiaal dat in wezen heel weinig warmte-energie absorbeert, zodat ze het systeem niet extern hoeven te koelen. Uiteindelijk ontwierpen ze een zeer kleine spiegel van 70 micron breed met afwisselende lagen galliumarsenide en aluminium galliumarsenide. Beide materialen zijn kristallen met een zeer geordende atomaire structuur die kunnen voorkomen dat binnenkomende warmte ontsnapt. Deze functie stelt het team in staat om de kwantumruis van de laser' met 15% te identificeren en daardoor te verminderen, wat resulteert in een nauwkeurigere" gecomprimeerde" licht." Zeer rommelige materialen kunnen gemakkelijk energie verliezen omdat elektronen botsen en botsen en op veel plaatsen thermische beweging genereren," Zei Aggarwal." Hoe ordelijker en zuiverder een materiaal is, hoe minder plaatsen het energie verliest of verspreidt."
Mavalvala zei:" Dit toont aan dat we weten hoe we een compressor op kamertemperatuur kunnen maken die onafhankelijk is van de golflengte. Naarmate we onze experimenten en materialen verbeteren, zullen we betere compressoren maken."