科學(xué)家利用磁光力混合系統(tǒng) 實現(xiàn)可調(diào)諧微波—光波轉(zhuǎn)換

  ICC訊 記者從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校郭光燦院士團隊的董春華教授研究組將光力微腔與磁振子微腔直接接觸，證明該混合系統(tǒng)支持磁子—聲子—光子的相干耦合，進而實現(xiàn)了可調(diào)諧的微波—光波轉(zhuǎn)換。研究成果日前發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊《物理學(xué)評論快報》上。

  不同的量子系統(tǒng)適合不同的量子操作，包括原子和固態(tài)系統(tǒng)，如稀土摻雜晶體、超導(dǎo)電路、釔鐵石榴石或金剛石中的自旋。通過將聲子作為中間媒介，可以實現(xiàn)對不同量子系統(tǒng)的耦合調(diào)控，最終構(gòu)建能發(fā)揮不同量子系統(tǒng)優(yōu)勢的混合量子網(wǎng)絡(luò)。

  目前，光輻射壓力、靜電力、磁致伸縮效應(yīng)、壓電效應(yīng)已被廣泛用于機械振子與光學(xué)光子、微波光子或磁子的耦合。這些相互作用機制促進了光機械領(lǐng)域和磁機械領(lǐng)域的快速發(fā)展。在前期工作中，研究組利用釔鐵石榴石微腔中的磁振子具有良好的可調(diào)諧特性，結(jié)合磁光效應(yīng)實現(xiàn)了可調(diào)諧的單邊帶微波—光波轉(zhuǎn)換。但是由于目前磁光晶體微腔的模式體積大、品質(zhì)因子難以進一步突破，從而限制了磁光相互作用強度，導(dǎo)致微波—光波轉(zhuǎn)換效率較低。相比之下，腔光力系統(tǒng)雖已實現(xiàn)高效的微波—光波轉(zhuǎn)換，但由于缺乏可調(diào)諧性，在實際應(yīng)用中會受到限制。

  研究過程中，科研人員開發(fā)了一種由光力微腔和磁振子微腔組成的混合系統(tǒng)。系統(tǒng)中可以通過磁致伸縮效應(yīng)對聲子進行電學(xué)操控，也可以通過光輻射壓力對聲子進行光學(xué)操控，而且不同微腔內(nèi)的聲子可以通過微腔的直接接觸實現(xiàn)相干耦合?；诟咂焚|(zhì)光學(xué)模式對機械狀態(tài)的靈敏測量，課題組實現(xiàn)了調(diào)諧范圍高達(dá)3吉赫茲的微波—光學(xué)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換效率遠(yuǎn)高于以往的磁光單一系統(tǒng)。此外，研究組觀測了機械運動的干涉效應(yīng)，其中光學(xué)驅(qū)動的機械運動可以被微波驅(qū)動的相干機械運動抵消。

  這一研究成果提供了一種有效進行操控光、聲、電、磁的混合實驗平臺，有望在構(gòu)建混合量子網(wǎng)絡(luò)中發(fā)揮重要作用。