Исследователи обнаружили способ добиться сильного взаимодействия света и акустических колебаний в обычном оптическом волокне. Ранее для этого требовались микрорезонаторы, усложняющие конструкцию устройств. Новая технология может найти применение при создании квантовых процессоров, систем памяти и каналов передачи квантовой информации.
Работу выполнили учёные Института науки о свете Общества Макса Планка и Ганноверского университета имени Лейбница. В эксперименте использовалось вынужденное рассеяние Мандельштама — Бриллюэна — процесс взаимодействия света с акустическими фононами. Звуковые волны изменяют оптические свойства материала и влияют на движение фотонов. При этом свет и механические колебания обмениваются энергией, что позволяет воздействовать на состояние системы.
Добиться сильной связи между светом и звуком в обычном оптоволокне непросто. Свет распространяется по нему значительно быстрее акустических волн и взаимодействует с ними лишь на коротком участке. Микрорезонаторы решают эту проблему за счёт многократного прохождения света через одну область, однако требуют дополнительного оборудования и более сложной архитектуры.
Новый подход позволяет получить нужный эффект без такого резонатора. В перспективе короткие отрезки оптоволокна смогут выполнять функции отдельных элементов квантовых вычислителей или памяти. Их также можно будет применять для соединения квантовых компьютеров, расположенных в соседних помещениях.
Акустические колебания интересны тем, что распространяются намного медленнее оптических и микроволновых сигналов. Это открывает возможности для временной задержки и буферизации квантовой информации. Подобные решения особенно актуальны для квантовых вычислительных платформ, где эффективное хранение данных остаётся одной из ключевых технических проблем.
Эксперимент проводился при температуре 4 К, что соответствует примерно −269 °C. Учёные пропустили свет через охлаждённое оптическое волокно и исследовали спектральный отклик. В нём обнаружился характерный разрыв, свидетельствующий о сильном взаимодействии фотонов с акустическими колебаниями. Для регистрации этого эффекта оказалось достаточно однократного прохождения света через волокно.
Результаты могут стать отправной точкой для дальнейших исследований в области квантовой обработки сигналов. Одним из перспективных применений считается преобразование информации между оптическим и микроволновым диапазонами. Многие квантовые вычислительные устройства используют микроволновые сигналы, тогда как оптоволокно позволяет эффективно передавать информацию на расстояние. Новый механизм потенциально поможет связать эти технологии без сложных дополнительных компонентов.
Кроме того, экспериментальная платформа позволит изучать квантовые свойства механических колебаний в сравнительно крупных объектах. Таким образом, оптическое волокно может выйти за рамки привычной роли средства связи и стать частью инфраструктуры будущих квантовых компьютеров.
Работу выполнили учёные Института науки о свете Общества Макса Планка и Ганноверского университета имени Лейбница. В эксперименте использовалось вынужденное рассеяние Мандельштама — Бриллюэна — процесс взаимодействия света с акустическими фононами. Звуковые волны изменяют оптические свойства материала и влияют на движение фотонов. При этом свет и механические колебания обмениваются энергией, что позволяет воздействовать на состояние системы.
Добиться сильной связи между светом и звуком в обычном оптоволокне непросто. Свет распространяется по нему значительно быстрее акустических волн и взаимодействует с ними лишь на коротком участке. Микрорезонаторы решают эту проблему за счёт многократного прохождения света через одну область, однако требуют дополнительного оборудования и более сложной архитектуры.
Новый подход позволяет получить нужный эффект без такого резонатора. В перспективе короткие отрезки оптоволокна смогут выполнять функции отдельных элементов квантовых вычислителей или памяти. Их также можно будет применять для соединения квантовых компьютеров, расположенных в соседних помещениях.
Акустические колебания интересны тем, что распространяются намного медленнее оптических и микроволновых сигналов. Это открывает возможности для временной задержки и буферизации квантовой информации. Подобные решения особенно актуальны для квантовых вычислительных платформ, где эффективное хранение данных остаётся одной из ключевых технических проблем.
Эксперимент проводился при температуре 4 К, что соответствует примерно −269 °C. Учёные пропустили свет через охлаждённое оптическое волокно и исследовали спектральный отклик. В нём обнаружился характерный разрыв, свидетельствующий о сильном взаимодействии фотонов с акустическими колебаниями. Для регистрации этого эффекта оказалось достаточно однократного прохождения света через волокно.
Результаты могут стать отправной точкой для дальнейших исследований в области квантовой обработки сигналов. Одним из перспективных применений считается преобразование информации между оптическим и микроволновым диапазонами. Многие квантовые вычислительные устройства используют микроволновые сигналы, тогда как оптоволокно позволяет эффективно передавать информацию на расстояние. Новый механизм потенциально поможет связать эти технологии без сложных дополнительных компонентов.
Кроме того, экспериментальная платформа позволит изучать квантовые свойства механических колебаний в сравнительно крупных объектах. Таким образом, оптическое волокно может выйти за рамки привычной роли средства связи и стать частью инфраструктуры будущих квантовых компьютеров.
