Ученые разработали фононный лазер, способный совершить прорыв в обработке информации

Ученый из Рочестерского технологического института и эксперты из Рочестерского университета объединились для создания лазера на основе звука при помощи техники оптического пинцета, разработанного лауреатом Нобелевской премии по физике 2018 года Артуром Эшкином.

В статье журнала Nature Photonics исследователи описывают фононный лазер при помощи оптически левитированной наночастицы. Фонон — квант энергии, ассоциированный со звуковой волной. При помощи оптического пинцета можно испытать пределы квантовых эффектов в изоляции и исключить физические помехи из окружающей среды. Ученые изучили механические вибрации наночастицы, поднятой в воздух при помощи силы излучения оптического лазерного луча.

«Измерение положения наночастицы посредством регистрации света, который она рассеивает, и подача этой информации обратно в луч пинцета позволяют нам создать лазероподобную ситуацию, —  говорит Мишкат Бхаттачарийя из Рочестерского технологического института. — Механические вибрации становятся интенсивными и идеально синхронизируются — прямо как электромагнитные волны, исходящие из оптического лазера». 

Так как волны, исходящие из лазерного указателя, синхронны, луч может проходить большие расстояния, не рассеиваясь во всех направлениях, в отличие от света Солнца или лампочки. В стандартном оптическом лазере свойства светового потока контролируются материалом, из которого сделан лазер. Интересно, что в фононном лазере роли света и материи противоположны: движение материальной частицы регулируется оптической обратной связью.

«Мы очень взволнованы тем, какие у этого устройства могут быть применения — особенно относительно того, что касается зондирования и обработки информации, учитывая, что у оптического лазера применений очень много и они продолжают развиваться», — рассказал Бхаттачарийя.

Он также отметил, что фононный лазер обещает помочь в исследованиях в области фундаментальной физики, включая разработку знаменитого мысленного эксперимента «кот Шредингера», способного существовать в двух состояниях одновременно.

В ходе исследования Бхаттачарийя сотрудничал с группой под руководством Ника Вамивакаса из Института оптики Рочестерского университета. В теоретическую команду Бхаттачарийя, работавшую над статьей, также вошли Венчао Ге и Пардип Кумар. Вамивакас, в свою очередь, руководил работой аспирантов Рочестерского университета Роберта Петтита и Даники Лунц-Мартин, бывшего аспиранта Леви Нойкирча и кандидата наук Джастина Шульца.