Nowa platforma komunikacji kwantowej
Badania nad systemami optomechanicznymi i elektromechanicznymi postępują wprawdzie milowymi krokami, jednak wspólne inicjatywy dotyczące tych zagadnień nadal są rzadkością. Połączenie mikrofalowych obwodów rezonansowych i wnęk optycznych z tym samym rezonatorem mechanicznym umożliwi planowanie urządzeń z nowymi funkcjami. Uczestnicy finansowanego przez UE projektu "Nanowire electro-mechanical-optical systems" (NEMO) zajęli się opracowaniem tego rodzaju urządzeń. W tych przypadkach deformacje mechaniczne nanoobiektu wykorzystywane są do regulacji jego właściwości elektromagnetycznych i transportowych. Można to osiągnąć, działając ciśnieniem promieniowania na zawieszone struktury jednowymiarowe (1D), takie jak nanoprzewody półprzewodnikowe. Możliwe jest kontrolowanie ich różnorodnych właściwości optycznych, elektrycznych i mechanicznych, co pozwala na dodawanie lub usprawnianie funkcji urządzeń nanomechanicznych. Uczestnicy projektu NEMO wstępnie przebadali dwa przypadki związane z modulacją właściwości elektrycznych nanoprzewodów poprzez zastosowanie gradientowego bramkowania pól. Doświadczenia obejmowały poddawanie nanoprzewodów działaniom silnych pól asymetrycznych lub pól o szybkiej oscylacji, a także sprzęganie ich heterostruktur z antenami dalekiego pola. Wśród najważniejszych wyników można wymienić kontrolowanie spinu w kropkach kwantowych nanoprzewodów oraz wykrywanie promieniowania terahercowego przy użyciu tranzystorów polowych opartych na heterostrukturach nanoprzewodów. Naukowcy zajęli się następnie badaniem urządzeń, w których wnęki optyczne i elektryczne są ze sobą połączone jednym rezonatorem mechanicznym. Badania objęły również standardowe systemy optomechaniczne, które można sprzęgać pojemnościowo z obwodami elektrycznymi. Prace skoncentrowano na opracowaniu silikonowego optomechanicznego kryształu fotonowego ze znaczącymi sprzężeniami, zarówno optomechanicznymi, jak i elektromechanicznymi. Najważniejsze było zrealizowanie nanometrowych przestrzeni między okładkami kondensatora, zapewniających rozległą kontrolę elektryczną nad właściwościami optycznymi systemu. Działania podejmowane w ramach projektu umożliwiły następnie opracowanie mechanicznych nanoprzewodów z azotku krzemu sprzężonych z nadprzewodnikowymi rezonatorami LC. Na tej zgodnej z produkcją urządzeń optycznych platformie udało się zaprezentować wiele niezwykłych efektów, a w szczególności zaobserwowano emisję fononów koherentnych, silne sprzężenie wzmocnione działaniem pola oraz chłodzenie zbliżone do stanu podstawowego w niskoczęstotliwościowym trybie mechanicznym. Opracowanie urządzenia, w którym nanoprzewody z azotku krzemu są sprzężone z mikrofalowym obwodem rezonansowym, toruje drogę do zrealizowania systemu, który byłby w pełni systemem optoelektromechanicznym. Znamienną funkcją byłaby możliwość obsługiwania tego rodzaju hybrydowych systemów optoelektromechanicznych w stanie kwantowym, w którym możliwe jest kontrolowanie pojedynczych wzbudzeń elektronowych, fotonowych i fononowych. Ustalenia uczestników projektu NEMO są kamieniem milowym na drodze do sieci kwantowych opartych na urządzeniach hybrydowych. Sprzężenie platform optomechanicznych i elektromechanicznych pozwoli wykorzystać zalety obu systemów, umożliwiając na przykład stworzenie kwantowych regeneratorów sygnału do zastosowań w telekomunikacji kubitowej dalekiego zasięgu.
Słowa kluczowe
Komunikacja kwantowa, elektromechaniczny, optomechaniczny, optoelektromechaniczny, nanoprzewody
