Физики показали быструю синхронизацию двух фононных лазеров

Ученым из Китая удалось синхронизировать через общее поле колебания двух мембран, которые находились в резонаторе Фабри — Перо. Построенная физиками система позволяет точно контролировать оптомеханическую связь и тем самым предоставляет платформу для исследований коллективной динамики в оптомеханике. Работа опубликована в журнале Physical Review Letters.

Cинхронизация крайне важна в измерительных системах — например, в навигации при измерении положения объекта или в компьютере при согласовании процессов по времени. В то же время лазеры обладают высокими уровнем внутренней синхронизации (когерентностью), но вопрос о синхронизации двух или более лазеров остается открытым. Существует множество разных типов лазеров и каждый тип требует своего подхода к согласованию состояний. Например, фононные лазеры, описываемые законами оптомеханики, обладают отлично контролируемой нелинейностью, что открывает возможность для контроля многочастичных синхронизированных состояний.

Физики под руководством профессора Хайбина Ву (Haibin Wu) из Лаборатории прецизионной спектроскопии Восточно-китайского педагогического университета продемонстрировали систему для создания синхронизированных колебаний, состоящую из двух фононных лазеров, которые находились в общем поле внутри зеркального резонатора Фабри — Перо. В качестве лазеров ученые использовали диэлектрические мембраны, состоящие из нитрида кремния, которые колебались на частоте 1,19 мегагерц.

Модулируя амплитуду и частоту общего поля, физикам удалось заставить два фононных лазера работать согласованно. Ученые контролировали колебания мембран с помощью импульсов, а затем с помощью фотодетекторов измеряли частотный спектр резонатора, в который были помещены лазеры. В отличие от предыдущих экспериментов, основанных на долгих измерениях, их система позволяет получать параметры колебаний каждой мембраны отдельно в режиме реального времени. Таким образом, физикам удалось проследить за динамикой создания синхронизированного состояния.

Разработанная система позволяет очень точно контролировать оптомеханическую связь, что важно для создания наномеханического вычислительного устройства. Проведенный физиками эксперимент показывает, что синхронизацию можно использовать как полезный ресурс для управления частотой лазеров — это свойство может использоваться для реализации фононной памяти в квантовых компьютерах.

Несмотря на то, что показанный эффект является классическим, разработанная система поможет исследователям изучать квантовые коллективные явления, а синхронизация может оказаться новым инструментом для эффективной обработки квантовой информации.

Это не первый раз, когда фононные системы помогают ученым. Ранее мы писали как фононам нашлось применение в опреснении воды, а в прошлом году физики впервые изготовили фононный топологический изолятор.

Михаил Перельштейн