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 Анализ более 150 тысяч древних звезд Млечного Пути показал, что возраст космоса, судя по всему, близок к 13,8 миллиарда лет. Авторы нового исследования заключили, что сценарии, в которых Вселенную приходится делать заметно «моложе» ради решения хаббловского кризиса, плохо согласуются с наблюдениями. Это важно, поскольку возраст старейших светил — один из немногих независимых способов проверить космологические модели не по данным ранней Вселенной, а по объектам нашей собственной Галактики.
Мы много знаем о том, как цивилизации до нас строили дома и дороги, но с объектами материальной культуры дела обстоят сложнее. Ремесленные техники часто хранились в строгом секрете и могли быть случайно утрачены при неудачном стечении обстоятельств. Так случилось с ювелирной техникой цзинь чжэ сы.
Японские исследователи выловили у берегов Окинавы пластиковую бутылку с узким горлышком, внутри которой сидел большой живой краб. В итоге ученые смогли найти ответы на несколько возникших в связи с этой находкой вопросов: как краб попал в бутылку, сколько там находился и как ему удалось выжить?
Ученые Южного федерального университета исследовали новую светочувствительную молекулу и обнаружили, что она ведет себя совсем не так, как ожидалось. Благодаря необычным свойствам она может стать основой для создания умных материалов, сенсоров и лекарств, которые будут активироваться светом именно там, где нужно, например, для борьбы с опасными бактериями.
Анализ более 150 тысяч древних звезд Млечного Пути показал, что возраст космоса, судя по всему, близок к 13,8 миллиарда лет. Авторы нового исследования заключили, что сценарии, в которых Вселенную приходится делать заметно «моложе» ради решения хаббловского кризиса, плохо согласуются с наблюдениями. Это важно, поскольку возраст старейших светил — один из немногих независимых способов проверить космологические модели не по данным ранней Вселенной, а по объектам нашей собственной Галактики.
В вакууме космоса два металлических предмета, прижатые друг к другу, могут спонтанно свариться без какого-либо нагрева. Из-за отсутствия кислорода на поверхностях деталей разрушается защитный слой, в результате чего свободные электроны начинают мгновенно перемещаться между ними и соединяют два элемента в один монолит.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
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