Wetenschap
Nieuwe oppervlakte-akoestische golftechnieken kunnen leiden tot surfen op een kwantuminternet
Onderzoekers van de Universiteit van Rochester hebben akoestische oppervlaktegolven gebruikt om een aanzienlijk obstakel te overwinnen in de zoektocht naar een kwantuminternet.
Dat blijkt uit een nieuwe studie gepubliceerd in Nature Communications Wetenschappers van Rochester's Institute of Optics en Department of Physics and Astronomy beschrijven een techniek voor het koppelen van licht- en geluidsdeeltjes die kan worden gebruikt om informatie die is opgeslagen in kwantumsystemen (qubits) getrouw om te zetten in optische velden, die over lange afstanden kunnen worden verzonden.
Wat zijn akoestische oppervlaktegolven?
Akoestische oppervlaktegolven zijn trillingen die langs de buitenkant van materialen glijden, zoals een golf in de oceaan of trillingen langs de grond tijdens een aardbeving. Ze worden voor een verscheidenheid aan toepassingen gebruikt (veel van de elektrische componenten van onze telefoons hebben akoestische oppervlaktegolffilters) omdat ze zeer precieze holtes maken die kunnen worden gebruikt voor nauwkeurige timing bij toepassingen zoals navigatie. Maar wetenschappers zijn ze ook gaan gebruiken in kwantumtoepassingen.
"In de afgelopen tien jaar zijn oppervlakte-akoestische golven naar voren gekomen als een goede hulpbron voor kwantumtoepassingen, omdat het fonon, of individuele geluidsdeeltje, heel goed koppelt aan verschillende systemen", zegt William Renninger, universitair hoofddocent optica en natuurkunde. P>
Met behulp van bestaande methoden worden oppervlakte-akoestische golven benaderd, gemanipuleerd en gecontroleerd via piëzo-elektrische materialen om elektriciteit in akoestische golven om te zetten en omgekeerd. Deze elektrische signalen moeten echter worden toegepast op mechanische vingers die in het midden van de akoestische holte worden gestoken, wat parasitaire effecten veroorzaakt door fononen te verstrooien op een manier die moet worden gecompenseerd.
Licht gebruiken om akoestische oppervlaktegolven te manipuleren
In plaats van de fononen aan elektrische velden te koppelen, probeerde het laboratorium van Renninger een minder invasieve aanpak, waarbij licht op de holtes scheen en de noodzaak voor mechanisch contact werd geëlimineerd.
"We waren in staat om akoestische oppervlaktegolven sterk te koppelen aan licht", zegt Arjun Iyer, een optica Ph.D. student en eerste auteur van het artikel. "We hebben akoestische holtes, of kleine echokamers, ontworpen voor deze golven waar geluid lang kan aanhouden, waardoor sterkere interacties mogelijk zijn. Onze techniek werkt met name op elk materiaal, niet alleen op piëzo-elektrische materialen die elektrisch kunnen worden bestuurd." /P>
Het team van Renninger werkte samen met het laboratorium van universitair hoofddocent natuurkunde John Nichol om de oppervlakte-akoestische golfapparaten te maken die in het onderzoek worden beschreven. Naast het produceren van een sterke kwantumkoppeling, hebben de apparaten de extra voordelen van eenvoudige fabricage, kleine afmetingen en het vermogen om grote hoeveelheden stroom te verwerken.
Naast toepassingen in hybride kwantumcomputing zegt het team dat hun technieken kunnen worden gebruikt voor spectroscopie om de eigenschappen van materialen, als sensoren, te onderzoeken en om de fysica van gecondenseerde materie te bestuderen.