画期的な研究により、高度なナノオプトメカニカル空洞が導入され、より効率的な量子ネットワークと改善された量子コンピューティングおよび通信技術への道が開かれました。マイクロ波から赤外線までの電磁スペクトルの帯域で情報をコヒーレントに送信する能力は、コンピューティングおよび通信用の高度な量子ネットワークの開発にとって重要です。
ブラジルのカンピナス州立大学（UNICAMP）の研究者らは、スイス連邦工科大学チューリッヒ校（ETHZurich）およびオランダのデルフト工科大学（TU Delft）の同僚と協力して、この点におけるナノオプトメカニカルキャビティの使用に焦点を当てた研究を実施した。これらのナノスケール共振器は、高周波の機械振動と通信業界で使用される波長の赤外線の間の相互作用を促進します。
この研究に関する記事が最近、Nature Communications 誌に掲載されました。
超電導回路と光ファイバーの間のギャップを埋める
「ナノメカニカル共振器は、超伝導回路と光ファイバーの間の橋渡しです。超伝導回路は現在、最も有望な量子コンピューティング技術の1つですが、光ファイバーは、低ノイズで信号損失のない情報の長距離送信機としてよく使用されます」と、グレブ・ヴァタキン物理学研究所(IFGW-UNICAMP)の教授であり、この論文の最後の著者であるチアゴ・アレグレ氏は述べた。
この研究の重要な革新の 1 つは、散逸オプトメカニクスの導入であるとアレグレ氏は述べています。従来の光機械デバイスは純粋な分散相互作用に依存しており、キャビティ内に局在する光子のみが効果的に分散されます。散逸オプトメカニクスでは、光子は導波路から共振器に直接散乱する可能性があります。
この研究以前には、散逸光機械相互作用は低い機械周波数でのみ実証されており、フォトン（光学）ドメインとフォノン（機械）ドメイン間の量子状態伝達などの重要な応用は除外されていました。この研究は、散逸光機械システムが光線幅を超える機械周波数で動作することを初めて実証したものです。
「機械周波数を2桁増加させ、光機械結合率を10倍増加させることに成功しました。これは、より効率的なデバイスの開発に非常に有望な見通しを提供します。」とアレグレ氏は述べています。
このデバイスはデルフト工科大学と協力して製造されており、半導体業界で実証済みの技術を使用して設計されています。ナノシリコンビームは空中に浮遊し、自由に振動することができるため、赤外線と機械振動が同時に抑制されます。横方向に配置された導波管により、ファイバーがキャビティに結合し、研究者が実証した結果の重要な要素である散逸結合が生成されます。
この研究は、量子ネットワークの構築に新たな可能性をもたらします。この直接的な応用に加えて、将来の基礎研究の基礎も築きます。 「機械的モードを個別に操作し、光機械デバイスの光学的非線形性を軽減できるようにしたいと考えています」とアレグレ氏は語った。
参考文献「高周波ナノメカニカル共振器における散逸性オプトメカニクス」André G. Primo、Pedro V. Pinho、Rodrigo Benevides、Simon Gröblacher、Gustavo S. Wiederhecker、Thiago P. Mayer Alegre、2023 年 9 月 18 日、「Nature Communications」。
DOI:10.1038/s41467-023-41127-7
コンパイルされたソース: ScitechDaily