Curiosità e divagazioni


martedì 7 febbraio 2012

Posted by Claudia on 06:32:00 in | No comments

Gli oscillatori quantici sono alla base di molti esperimenti di fisica di alta precisione.  Sono usati negli orologi atomici per la loro elevata precisione, nei laser ed in una vasta gamma di dispositivi. La maggior parte degli usi sono spesso confinati nel solo campo elettromagnetico, dove le vibrazioni vengono equiparate a fotoni.  

 Gli stati quantici di oscillatori, dove le vibrazioni sono onde sonore, si sono dimostrati più difficile da controllare

Tuttavia, alcuni ricercatori in Svizzera e Germania, sono riusciti a costruire una "speciale cavità" dove il campo quantistico elettromagnetico "risuona" seguendo le vibrazioni naturali degli atomi.  

In tal modo, E. Verhagen, S. Delégliese, S. Weis, A. Schliesser e TJ Klippenberg sono riusciti a costruire un sistema d'accoppiamento tra un sistema ad oscillazione quantistica basata sui fotoni ed  un oscillatore meccanico,. Il sistema è controllato da stati quantici prodotti da campi di luce visibile.  

Il risultato è un prototipo di "trasduttore quantistico" che converte "stati quantici" di energia luminosa in energia meccanica.

L'energia elettromagnetica viaggia in fasci discreti noti con il nome di fotoni, mentre l'energia meccanica si trasmette per mezzo di stati solidi ed altri sistemi densi attraverso pacchetti denomimati FONONI. Il vantaggio di questi oscillatori meccanici è quello di possedere una bassa dissipazione di energia nell'ambiente.

Al momento, a causa delle "frequenze tipiche" delle vibrazioni meccaniche il controllo di questi oscillatori è possibile solo con frequenze di luce come le microonde, a temperature molto fredde. Pertanto il dispositivo è  replicabile solo in laboratorio. A temperature più elevate, ma sempre inferiori a 1° Kelvin, è impossibile mantenere oscillazioni meccaniche coerenti e sotto controllo.

Questi fattori limitano decisamente l'utilizzo di questi dispositivi di controllo in qualsiasi sitema pratico.
 
È comunque aperta una nuova strada che promette buoni risultati per ottenere una nuova classe di strutture ibride ottico/meccaniche costituite da dispositivi quantistici, con potenziali applicazioni nel campo dell' informatica quantistica.

Per generare il meccanismo di controllo, i ricercatori hanno costruito una cavità toroidale che ha preso il nome di  galleria ottico/acustica

Il nome deriva, per analogia, al fenomeno acustico noto in alcuni edifici di grandi dimensioni (come ad esempio lo Statuary Hall negli Stati Uniti, Capitol) in cui si hanno caratteristiche acustiche delle stanze che garantiscono la trasmissione di suoni di bassa ampiezza. Ad esempio un bisbiglio può essere sentito anche in punti distanti.  

Analogamente nella galleria quantistica del trasduttore è possibile produrre onde stazionarie coerenti con segnali di luce a bassa intensità. Le diverse onde stazionarie prodotte  nella cavità del dispositivo sono direttamente dipendenti dalla lunghezza d'onda della luce generata da un laser. Il processo funziona anche in maniera inversa con onde sonore che trasferiscono energia alla luce.



I ricercatori hanno costruito in maniera molto accurata il sistema trasduttore, per minimizzare la dissipazione di energia, in parte mantenendo il sistema a 0,65 gradi Kelvin (0,65 ° C sopra lo zero assoluto) per ridurre il più possibile i disturbi da eccitazioni termiche.

I sistemi ottici sono altamente sintonizzabili e facilmente controllabili. Ora che abbiamo un quantum trasduttore che converte l'energia elettromagnetica in oscillazioni meccaniche, si può iniziare a pensare al controllo ottico di dispositivi a stato solido o sistema di spin. Questo a sua volta apre una nuova potenziale classe di strutture ibride ottico/meccaniche con potenziali applicazioni nel campo dell'informatica quantistica.  





  

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