Уведомления
Авторизуйтесь или зарегистрируйтесь, чтобы оценивать материалы, создавать записи и писать комментарии.
Авторизуясь, вы соглашаетесь с правилами пользования сайтом и даете согласие на обработку персональных данных.
Физики показали, как сократить энергопотребление квантовых устройств больше чем на 50%
Российские ученые нашли способ уменьшить мощность лазера, необходимую для запуска оптических параметрических колебаний в микрорезонаторах — маленьких кольцевых чипах. Такие резонаторы востребованы в квантовых технологиях и используются в разработках компактных и энергоэффективных устройств и квантовых компьютеров.
Российские ученые нашли способ уменьшить мощность лазера, необходимую для запуска оптических параметрических колебаний в микрорезонаторах — маленьких кольцевых чипах. Такие резонаторы востребованы в квантовых технологиях и используются в разработках компактных и энергоэффективных устройств и квантовых компьютеров.
Микрорезонаторы — миниатюрные оптические накопители света в форме кольца на чипе из кремния или другого материала. Это важный элемент в разработках компактных и энергоэффективных оптических приборов. Особенно привлекают внимание резонаторы, которые могут нелинейно преобразовывать излучение.
Коллектив ученых из Российского квантового центра и МФТИ с коллегами из Физического института им. П. Н. Лебедева РАН и МГУ исследовали интегральные кольцевые микрорезонаторы для возбуждения в них вырожденных оптических параметрических колебаний. Это явление оптического взаимодействия излучения с нелинейной системой, в результате которого возникает новая мода излучения на частоте, отличной от частот накачек, с двумя стабильными фазовыми состояниями. Работа опубликована в журнале Physical Review Applied.
Особенностью этой работы стало применение бихроматической накачки — воздействия на резонатор излучением с двумя разными длинами волн. В такой системе если мощность внутри резонатора ниже порогового значения для нелинейной генерации, то в нем возникают неклассические состояния света, если же мощность выше порогового значения, то в нем формируется параметрический сигнал с двумя возможными стабильными фазовыми состояниями или фазовой бистабильностью. Резонаторы с такими свойствами применяются в когерентных машинах Изинга (специальные оптические устройства для сложных вычислений) и генераторах сжатого света, которые широко используются в фотонных и квантовых вычислениях.
Основная проблема при возбуждении сигнальной моды с бистабильной фазой заключается в высоком энергопотреблении. Для генерации таких состояний необходимо достигнуть в микрорезонаторе достаточно высоких значений мощности, что может привести, в свою очередь, к сильному влиянию тепловых эффектов. Чтобы решить эту проблему, авторы изучали условия, которые необходимо выполнить для генерации сигнальной моды с минимальными энергозатратами.
«Наша цель — разработка компактных устройств, которые можно будет применять за пределами лаборатории», — поделилась Надежда Татаринова, аспирант кафедры российского квантового центра в МФТИ.
Исследователи определили условия генерации с помощью аналитической модели, провели численное моделирование с уравнениями связанных мод и изучили влияние дисперсии и асимметрии. Они получили пороговые значения амплитуд накачек для генерации параметрического сигнала. Результаты показали: оптимизируя сдвиг мод и геометрию резонатора, порог мощности можно уменьшить более чем на 50 процентов.
«В микрорезонаторе присутствует много мод, которые могут взаимодействовать между собой. При правильном смещении мод создаются условия для синхронизации (согласования) фаз для вырожденной генерации. Это увеличивает эффективность желаемого процесса и одновременно уменьшает конкурирующие нелинейные взаимодействия, что и снижает пороговую мощность»,— пояснил Валерий Лобанов, ведущий научный сотрудник группы когерентной микрооптики и радиофотоники Российского квантового центра.
Физики провели полноценный многомодовый анализ, учитывающий влияние мультимодовых эффектов на значение пороговой накачки. Кроме того, они предложили специально сдвинуть частоты возбужденных мод с помощью фотонных молекул — связанных резонаторов — для повышения эффективности генерации сигнальной моды с бистабильной фазой. Оказалось, что сдвиг центральной моды снижает порог на 50 процентов. Симметричный сдвиг боковых мод уменьшает порог на 40 процентов.
Этот новый подход дисперсионной инженерии продемонстрировал устойчивость системы к неравенствам в мощности двух накачек до двух процентов. Это в десять раз превышает стандартные требования, обеспечивающие стабильную генерацию. Такое улучшение упрощает настройку лазера и интеграцию в компактные устройства.
«Наши дальнейшие планы включают исследование роли обратной волны в генерации сигнала с двумя стабильными фазовыми состояниями, экспериментальную проверку предсказанных оптимизационных режимов. Также мы планируем изучить режимы затягивания частоты, которые могут дополнительно повысить стабильность и эффективность работы устройства»,— рассказал Дмитрий Чермошенцев, заместитель руководителя научной группы квантовой оптики Российского квантового центра и сотрудник кафедры Российского квантового центра в МФТИ.
Telegram 
Дзен 
VK Четыре человека, летящие к Луне, столкнулись с целым рядом мелких неприятностей — от низкой температуры в начале работы до поломки мочевыводящей системы туалета на вторые сутки и необходимости взамен пользоваться пакетами. К счастью, пока самые крупные сложности удалось компенсировать. Но все они вместе могут сдвинуть ситуацию к решению, о котором Naked Science уже говорил в нашем видеоподкасте о миссии: не исключено, что при высадке астронавтов на Луне их корабль состыкуют со Starship не на окололунной, а уже на околоземной орбите.
Этот важный для исследователей инструмент разрушается за единичные фемтосекунды как будто без причины. В новом исследовании физики нашли два виновных в этом эффекта.
У северного побережья второго по величине острова Фиджи нашли участок суши площадью 3000 квадратных метров, на 70-90% состоящий из раковин съедобных моллюсков. Радиоуглеродная датировка показала, что отложениям около 1200 лет — скорее всего, остров сформировался из отходов древних поселенцев, веками перерабатывавших моллюсков на этом месте.
Четыре человека, летящие к Луне, столкнулись с целым рядом мелких неприятностей — от низкой температуры в начале работы до поломки мочевыводящей системы туалета на вторые сутки и необходимости взамен пользоваться пакетами. К счастью, пока самые крупные сложности удалось компенсировать. Но все они вместе могут сдвинуть ситуацию к решению, о котором Naked Science уже говорил в нашем видеоподкасте о миссии: не исключено, что при высадке астронавтов на Луне их корабль состыкуют со Starship не на окололунной, а уже на околоземной орбите.
Японские экологи непрерывно измеряли напряжение внутри 37 диких грибов и зафиксировали между ними направленный обмен электрическими сигналами. Локальный полив земли рядом с одним плодовым телом вызвал мгновенный всплеск передачи информации по всей подземной сети. Этот коммуникационный процесс объединил в единую структуру даже генетически чужеродные организмы.
Единственной планетой Солнечной системы, подходящей для терраформирования, остается Марс. Однако способы разогреть его с помощью суперпарниковых газов требовали веков времени. Согласно расчетам из новой работы, микрочастицы особой формы могут сделать то же самое куда быстрее и дешевле.
В парках некоторых стран все чаще можно заметить странную картину: синицы и воробьи вместо пуха и веточек приносят в клювах сигаретные окурки. Орнитологи из Польши решили выяснить, зачем птицы выстилают гнезда мусором, пропитанным никотином. Оказалось, пернатые нашли способ использовать вредную человеческую привычку для защиты своего потомства. Но, как это часто бывает в природе, у медали есть обратная сторона.
Марсоход «Персеверанс» обнаружил в камнях на кромке кратера Езеро спектральные признаки минерала корунда, из которого на Земле образуются рубины и сапфиры. Такие спектры на Красной планете зарегистрировали впервые. Теперь ученые пытаются понять, при каких процессах он мог там сформироваться, ведь условия на Марсе заметно отличаются от тех, в которых корунд обычно образуется на Земле.
За 10 лет лежания в почве сигаретные фильтры не растворились, а лишь замаскировались под грязь. Их пластиковые волокна распались на микрочастицы, намертво склеились с минералами и превратились во вторичный микропластик. Более того, на пятом году гниения мусор начал отравлять землю с новой силой.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно