Ученые создали самый малошумящий квантовый микроволновый усилитель, способный переключатся в режим генератора

May3_Dimmer_switchУченые из Швейцарского федерального политехнического университета Лозанны создали для проведения экспериментов схему микроволнового квантового резонатора, основой которого является мембрана крошечного металлического “барабана”.

Охлажденный до минимально возможной температуры и самого низкого уровня энергии, определенного принципами квантовой механики, этот микробарабан превращается в своего рода квантовый “резервуар”, внутри которого квантовое состояние фотонов микроволнового излучения сохраняется неизменным в течение достаточно длительного промежутка времени.

Напомним нашим читателям, что микроволновое излучение – это электромагнитные волны, почти такие же как и свет, но частота которых ниже частоты волн света на четыре порядка. Микроволновое излучение используется в ряде технологий, используемых нами каждый день, в микроволновых печах, в сотовой и спутниковой связи, к примеру. И в последнее время микроволновое излучение все больше и больше начинает использоваться в квантовых технологиях, основанных на явлении сверхпроводимости.

Созданный швейцарскими исследователями из швейцарского центра микро- и нанотехнологий “микробарабан” имеет диаметр 30 микрометров и толщину 100 нанометров. Положение мембраны этого барабана модулирует частоту квантового резонатора, и наоборот, приложенное к этому микроскопическому конденсатору напряжение позволяет управлять положением мембраны. Такое двунаправленное взаимодействие позволяет реализовать обмен энергией между механическими колебаниями и микроволновым излучением.

Эффект обмена энергией используется для охлаждения микробарабана до его самого низкого энергетического состояния при помощи микроволнового излучения определенной частоты. Каждый из микроволновых фотонов, покидающий резонатор, уносит с собой частичку его энергии. И когда энергия этой квантовой системы становится минимально возможной, возникает несколько интересных эффектов.

Настроив соответствующим образом взаимодействие между цепями квантовой схемы и охлажденными микробарабаном, это все можно превратить в усилитель микроволнового излучения. Этот усилитель, как и все остальные усилители, обладает собственными шумами, которые невозможно полностью подавить и которые служат помехами для усиливаемых сигналов. Но самым интересным является то, что уровень этих шумов в данном случае практически близок к минимальному пределу, определяемому законами квантовой физики. Другими словами, созданный швейцарскими учеными микроволновый усилитель является самым малошумящим на сегодняшний день.

Также читать  Космический аппарат Cassini обнаружил “большую пустоту” в промежутке между Сатурном и его кольцами

Вторым интересным аспектом данного изобретения является то, что при другой соответствующей настройке вся схема превращается в эффективный квантовый генератор, микроволновый лазер.

И в заключение следует отметить, что созданная учеными квантовая оптико-механическая система может стать узлом квантовых вычислительных систем, усиливая микроволновые сигналы, в которых заключена квантовая информация, или генерируя “пачки” запутанных на квантовом уровне микроволновых фотонов.