Вчені використовують звукові хвилі для створення майбутнього інтернету

Дослідники з Університету Рочестера використали поверхневі акустичні хвилі, щоб розв’язати серйозну проблему в розробці квантового Інтернету.

У новому дослідженні, опублікованому в Nature Communications, вчені з Інституту оптики та Департаменту фізики та астрономії Рочестера описують техніку з’єднання частинок світла та звуку, які можна використовувати для точного перетворення інформації, що зберігається у квантових системах — кубітах — в оптичні поля, які можуть передаватися на великі відстані.

Що таке поверхневі акустичні хвилі?

Поверхневі акустичні хвилі — це вібрації, які ковзають по зовнішніх поверхнях матеріалів, як хвилі в океані або підземні поштовхи під час землетрусу. Вони використовуються для різноманітних застосувань (багато електричних компонентів наших телефонів мають фільтри поверхневих акустичних хвиль), оскільки вони створюють дуже точні порожнини, які можна використовувати для точного визначення часу в таких цілях, як навігація. Але вчені також почали використовувати їх у квантових додатках.

«За останні 10 років поверхневі акустичні хвилі стали хорошим ресурсом для квантових застосувань, оскільки фонон або окрема частинка звуку дуже добре поєднується з різними системами», — каже Вільям Реннінгер, доцент кафедри оптики та фізики.

Використовуючи існуючі методи, поверхневі акустичні хвилі отримують доступ, маніпулюють ними та контролюють їх за допомогою п’єзоелектричних матеріалів, щоб перетворити електрику на акустичні хвилі та навпаки. Однак ці електричні сигнали повинні подаватись на механічні пальці, вставлені в середину акустичної порожнини, що викликає паразитні ефекти шляхом розсіювання фононів у шляхи, які потрібно компенсувати.

Використання світла для керування поверхневими акустичними хвилями

Замість того, щоб з’єднувати фонони з електричними полями, лабораторія Реннінгера спробувала менш інвазивний підхід, освітлюючи порожнини та усуваючи потребу в механічному контакті.

«Ми змогли міцно поєднати поверхневі акустичні хвилі зі світлом», — говорить Арджун Айєр, аспірант з оптики та перший автор статті. «Ми розробили акустичні порожнини, або крихітні ехокамери, для цих хвиль, де звук може тривати протягом тривалого часу, дозволяючи сильнішу взаємодію. Примітно, що наша техніка працює на будь-якому матеріалі, а не лише на п’єзоелектричних матеріалах, якими можна електрично керувати».

Команда Реннінгера співпрацювала з лабораторією доцента фізики Джона Нікола, щоб створити прилади для поверхневих акустичних хвиль, описані в дослідженні. На додаток до створення сильного квантового зв’язку, пристрої мають додаткові переваги простого виготовлення, невеликого розміру та здатності працювати з великою кількістю енергії.

Крім застосувань у гібридних квантових обчисленнях, команда каже, що їхні методи можна використовувати для спектроскопії, щоб досліджувати властивості матеріалів, як датчиків, і для вивчення фізики конденсованого середовища.