في البصريات الميكانيكية عادةً، يعيش المذبذب الميكانيكي أطول من الفوتون في الرنان، أي أن جودته أعلى. ولكن إذا تم عكس الأدوار، يصبح الوضع الميكانيكي خزانًا باردًا ومبددًا للضوء. هذا الوضع المعكوس تم تحقيقه بالفعل في دوائر فائقة التوصيل ويُستخدم للتضخيم الكمومي والتشابك. بجانب هذا العمل، توجد أبحاث حول الشفافية غير المتبادلة، والتبريد إلى الحالة الأرضية، وتوليد الضوء المضغوط في مخططات مماثلة. تضع هذه المقالة تأثير كازيمير الديناميكي البارامتري في هذا السياق: توليد فوتونات من الفراغ عند تعديل تردد الليزر، وليس حدود الرنان.
يأخذ المؤلفون دائرة بصرية ميكانيكية ميكروويفية محققة تجريبيًا مع رنانين LC مرتبطين حثيًا. يعمل الوضع المساعد على تبريد المذبذب الميكانيكي إلى تضمين قوي، ثم يتم استبعاد الدرجة الميكانيكية للحرية بشكل ثابت الحرارة. يبقى هاميلتوني فعال مع لاخطية كيرية. ثم يتم تعديل تردد الليزر ببطء وفقًا لقانون توافقي بسعة تتراوح بين 0.01 و0.1. للتحليل، يستخدمون حلًا عدديًا لمعادلة السيد في QuTiP وحلًا تحليليًا عبر نظرية وي-نورمان في تقريب الاقتران الضعيف. المعلمات الرئيسية: التردد الميكانيكي 5.33 ميجاهرتز، تضمين الرنان 118 كيلوهرتز، درجة حرارة أقل من 10 ملي كلفن.
يؤدي تعديل تردد الليزر إلى توليد فوتونات ميكروويف من الفراغ، أي تأثير كازيمير الديناميكي. تعمل اللاخطية الكيرية الناشئة عن استبعاد الميكانيكا على إشباع نمو عدد الفوتونات وتسبب تذبذبات زمنية. عند اللاخطية الضعيفة، ينمو عدد الفوتونات بشكل أسي، وعند اللاخطية القوية يتذبذب. في وضع معين، تُظهر الفوتونات إحصاءات دون بواسونية (معامل ماندل حتى -0.5) وسلبية لدالة فيغنر في الوقت نفسه. يصل ضغط التربيعات إلى 4.3 ديسيبل في النموذج الكامل و5 ديسيبل في تقريب الاقتران الضعيف. يتراوح معدل توليد الفوتونات من 10 ميجاهرتز إلى 1.23 جيجاهرتز اعتمادًا على المعلمات.
يُظهر العمل أن الوضع التبددي المعكوس في البصريات الميكانيكية لا يسمح فقط بالتبريد والتضخيم، بل أيضًا بتوليد حالات ضوء غير كلاسيكية. على عكس الأبحاث المجاورة التي اقتصرت على الضغط أو التشابك، هنا ولأول مرة يتم الحصول في مخطط واحد على إحصاءات دون بواسونية وسلبية فيغنر معًا. يتم تحقيق ذلك بفضل لاخطية كيرية قابلة للضبط مستحثة بواسطة المذبذب الميكانيكي، وليست ثابتة بواسطة المادة. يمكن أن يصبح هذا المصدر لإشعاع الميكروويف غير الكلاسيكي لبنة بناء للشبكات الكمومية وأجهزة الاستشعار.
قد يتجه التطوير المستقبلي نحو التكامل مع الكيوبتات في الدوائر فائقة التوصيل: الحالات غير الكلاسيكية للميكروويف ضرورية للبوابات الكمومية وتصحيح الأخطاء. زيادة الاقتران g0 عن طريق تقليل فجوة المكثف أو رفع تردد الرنان سيسمح بتعزيز اللاخطية. ومن المثير للاهتمام أيضًا دراسة العمليات متعددة الفوتونات وتوليد حالات متشابكة بين عدة رنانات في الوضع المعكوس.
قد تؤثر النتائج على الحوسبة الكمومية، والاستشعار الكمومي للميكروويف، والاتصالات الكمومية. على وجه الخصوص، الفوتونات غير الكلاسيكية للميكروويف مفيدة للرادار الكمومي والإضاءة الكمومية.
التنفيذ التجريبي للمخطط المقترح في دوائر فائقة التوصيل الحالية مع تحكم دقيق في درجة الحرارة وقوة الضخ. ثم قياس دالة فيغنر والتحقق من اللاخطية المتزامنة.
يرتبط العمل مباشرة بمشكلة توليد حالات ضوء غير كلاسيكية في نطاق الميكروويف، حيث تكون المصادر الحالية محدودة إما بالضغط أو بالإحصاءات دون بواسونية، ولكن ليس كلاهما معًا. كما يثير سؤالًا حول دور التبديد في البصريات الكمومية: الوضع المعكوس يحول الخسائر إلى مورد.
هذا القسم موجَّه إلى مؤلف العمل وزملائه. الأعمال المجاورة عثر عليها بحثٌ دلالي في أرشيفنا، لا بتطابق الكلمات. نحن لا نقيّم العمل: نعرض الحقل من حوله.
ماذا يفعل هذا العمل
يدرس المؤلفون دارة بصرية ميكانيكية فائقة التوصيل في نظام تبديد معكوس، حيث يتلاشى المذبذب الميكانيكي أسرع من الرنان الميكروي. يؤدي التعديل البطيء لتردد الليزر إلى تأثير كازيمير الديناميكي، مما يولد أزواجًا من الفوتونات من الفراغ، بينما تعمل اللاخطية الكيرية المستحثة على تشبع النمو وتمنح الفوتونات في الوقت نفسه إحصاءً دون بواسونيًا وسالبية لدالة فيغنر.
أين تكمن قوته
لأول مرة، يتم الحصول في نفس الدارة البصرية الميكانيكية على إحصاء دون بواسوني وسالبية لدالة فيغنر معًا، وهو أمر لا يمكن تحقيقه في الدارات القياسية. تفتح اللاخطية الكيرية القابلة للضبط، المستحثة بواسطة المذبذب الميكانيكي، الطريق للتحكم في الخصائص غير الكلاسيكية للإشعاع.
إلى أين يمكن المضي
يستحق التجربة
لماذا قد يكون هذا مهمًا
يمكن لهذا المصدر للإشعاع الميكروي غير الكلاسيكي أن يصبح لبنة بناء للشبكات الكمومية وأجهزة الاستشعار والحوسبة، حيث تتطلب حالات ذات إحصاء دون بواسوني وسالبية لدالة فيغنر في الوقت نفسه.
أعمال قريبة في أرشيفنا
الأرشيف خالٍ حول هذا العمل: أقرب تحليل عند 0.55 فقط، مقابل 0.64 المعتادة. يبدو أن الحفر بجواره كان نادرًا.
المذبذب الميكانيكي في هذا المخطط يتأرجح بتردد 5.33 ميجاهرتز، وهو أقل بحوالي 100 مرة من تردد راديو FM، لكنه مبرد إلى درجة حرارة أقل من 10 ملي كلفن، وهو أبرد بـ 30 مرة من إشعاع الخلفية الكونية.
في مسلسل «الفضاء» (The Expanse)، الفراغ ليس فارغًا بل يعج بالجسيمات الافتراضية التي يمكن استخراجها بتقنيات متقدمة. تأثير كازيمير الديناميكي هو خطوة في هذا الاتجاه: فهو يحول التقلبات الكمومية إلى فوتونات حقيقية.