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科學(xué)家利用磁光力混合系統(tǒng) 實現(xiàn)可調(diào)諧微波—光波轉(zhuǎn)換

摘要:中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)郭光燦院士團(tuán)隊的董春華教授研究組將光力微腔與磁振子微腔直接接觸,證明該混合系統(tǒng)支持磁子—聲子—光子的相干耦合,進(jìn)而實現(xiàn)了可調(diào)諧的微波—光波轉(zhuǎn)換。研究成果日前發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊《物理學(xué)評論快報》上。

  ICC訊 記者從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉,該校郭光燦院士團(tuán)隊的董春華教授研究組將光力微腔與振子微腔直接接觸,證明該混合系統(tǒng)支持子—聲子—光子的相干耦合,進(jìn)而實現(xiàn)了可調(diào)諧的微波—光波轉(zhuǎn)換。研究成果日前發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊《物理學(xué)評論快報》上。

  不同的量子系統(tǒng)適合不同的量子操作,包括原子和固態(tài)系統(tǒng),如稀土摻雜晶體、超導(dǎo)電路、釔鐵石榴石或金剛石中的自旋。通過將聲子作為中間媒介,可以實現(xiàn)對不同量子系統(tǒng)的耦合調(diào)控,最終構(gòu)建能發(fā)揮不同量子系統(tǒng)優(yōu)勢的混合量子網(wǎng)絡(luò)。

  目前,光輻射壓力、靜電力、致伸縮效應(yīng)、壓電效應(yīng)已被廣泛用于機(jī)械振子與光學(xué)光子、微波光子或子的耦合。這些相互作用機(jī)制促進(jìn)了光機(jī)械領(lǐng)域和機(jī)械領(lǐng)域的快速發(fā)展。在前期工作中,研究組利用釔鐵石榴石微腔中的振子具有良好的可調(diào)諧特性,結(jié)合光效應(yīng)實現(xiàn)了可調(diào)諧的單邊帶微波—光波轉(zhuǎn)換。但是由于目前光晶體微腔的模式體積大、品質(zhì)因子難以進(jìn)一步突破,從而限制了光相互作用強(qiáng)度,導(dǎo)致微波—光波轉(zhuǎn)換效率較低。相比之下,腔光力系統(tǒng)雖已實現(xiàn)高效的微波—光波轉(zhuǎn)換,但由于缺乏可調(diào)諧性,在實際應(yīng)用中會受到限制。

  研究過程中,科研人員開發(fā)了一種由光力微腔和振子微腔組成的混合系統(tǒng)。系統(tǒng)中可以通過致伸縮效應(yīng)對聲子進(jìn)行電學(xué)操控,也可以通過光輻射壓力對聲子進(jìn)行光學(xué)操控,而且不同微腔內(nèi)的聲子可以通過微腔的直接接觸實現(xiàn)相干耦合?;诟咂焚|(zhì)光學(xué)模式對機(jī)械狀態(tài)的靈敏測量,課題組實現(xiàn)了調(diào)諧范圍高達(dá)3吉赫茲的微波—光學(xué)轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)換效率遠(yuǎn)高于以往的光單一系統(tǒng)。此外,研究組觀測了機(jī)械運動的干涉效應(yīng),其中光學(xué)驅(qū)動的機(jī)械運動可以被微波驅(qū)動的相干機(jī)械運動抵消。

  這一研究成果提供了一種有效進(jìn)行操控光、聲、電、的混合實驗平臺,有望在構(gòu)建混合量子網(wǎng)絡(luò)中發(fā)揮重要作用。

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