หยดน้ำมันที่ลอยอยู่มีโหมดออปติคัลเสื่อมหลายร้อยแบบ

หยดน้ำมันขนาดเล็กที่ยกขึ้นสูงด้วยแหนบแบบออปติคัลสามารถมีโหมดออปติคัลเรโซแนนซ์มากกว่า 200 โหมดที่มีพลังงานใกล้เคียงกัน ทำให้เกิด “ภาวะเสื่อมเกิน” เป็นครั้งแรก นั่นคือคำกล่าวอ้างของนักวิจัยในอิสราเอล สเปน และสหรัฐอเมริกา ผู้ซึ่งกล่าวว่าความก้าวหน้าของพวกเขาสามารถนำไปใช้ในการสื่อสารด้วยแสงความเร็วสูง การตรวจจับ การประมวลผลข้อมูลควอนตัม 

และแม้แต่การสร้างวงจรออปติคัลไดนามิกในท้ายที่สุด

เมื่อวัสดุเชิงแสงที่มีดัชนีการหักเหของแสงสูงก่อตัวเป็นรูปทรงสมมาตร เช่น วงแหวน ทรงกระบอก หรือทรงกลม แสงสามารถสะท้อนซ้ำรอบด้านในของวัสดุได้ในลักษณะเดียวกับที่คลื่นเสียงผ่านรอบขอบด้านในของเซนต์ “แกลเลอรี่กระซิบ” อันโด่งดังของมหาวิหารพอล แสงหมุนเวียนผ่านการรบกวนอย่างสร้างสรรค์ ทำให้เกิดโหมดเรโซแนนท์ที่ไม่ต่อเนื่อง หรือที่เรียกว่าสภาวะเสื่อมโทรม โดยมีพลังงานใกล้เคียงกัน

จำนวนโหมดขึ้นอยู่กับอัตราส่วนระหว่างความยาวคลื่นของแสงกับเส้นรอบวงของตัวสะท้อน ซึ่งหมายความว่าตามทฤษฎีแล้ว วัตถุทรงกลมที่มีขนาดเส้นรอบวงหลายสิบไมครอนสามารถรองรับโหมดแสงที่มองเห็นหรือใกล้อินฟราเรดได้หลายร้อยโหมด . อย่างไรก็ตาม ในทางปฏิบัติ การบรรลุถึงภาวะเสื่อมสภาพมากเกินไปนั้นพิสูจน์แล้วว่าเป็นไปไม่ได้ด้วยเทคนิคการประดิษฐ์แบบเดิม เนื่องจากแม้แต่ก้านเดียวที่รองรับทรงกลมก็จะลดความสมมาตรของวัตถุและด้วยเหตุนี้จึงลดขอบเขตของความเสื่อมที่อาจเกิดขึ้น

สะอาดไม่มีรอยอย่างไรก็ตาม ในการศึกษาใหม่ วิศวกรเครื่องกลTal Carmonแห่งสถาบันเทคโนโลยี Technion-Israel และเพื่อนร่วมงานของเขาได้หลีกเลี่ยงปัญหานี้โดยการสนับสนุนหยดน้ำมันซิลิโคนทรงกลมขนาด 10 ไมครอนภายในแหนบแบบออปติคัล ดังนั้นจึงไม่จำเป็นต้องมีการสนับสนุนโครงสร้างที่ก่อกวน . อันที่จริง ความดันการแผ่รังสีจากแหนบที่ใช้เลเซอร์ทำหน้าที่รักษาความสมมาตรทรงกลมของหยดน้ำมันเกือบทั้งหมดไว้ 

พร้อมกับศักยภาพในการเสื่อมสภาพมากเกินไป 

นอกจากนี้ นักวิจัยอธิบายว่าการลอยตัวช่วยให้พื้นผิวของไมโครเรโซเนเตอร์สะอาดและไม่มีรอยขีดข่วนเขียนในวารสารPhysical Review X  ว่า “แตกต่างจากของแข็ง หยดของเหลวไม่มีความคลาดเคลื่อน ความเอียง และความเครียดที่เกิดจากความร้อน ซึ่งเป็นเรื่องปกติสำหรับตัวสะท้อนที่เป็นของแข็งและลดคุณภาพ”

เพื่อแสดงโหมดต่างๆ ทีมงานได้วางเส้นใยเทเปอร์ไว้ใกล้กับพื้นผิวของไมโครสเฟียร์ของน้ำมัน และส่งแสงเลเซอร์ใกล้อินฟราเรดเข้าและออกจากหยดโดยใช้คัปปลิ้ง ในสเปกตรัมการส่งสัญญาณ ทีมงานได้สังเกตสัญญาณจากโหมดต่างๆ มากกว่า 200 โหมด ซึ่งเป็นชุดสภาวะเสื่อมโทรมที่มีการบันทึกมากที่สุดที่เคยมีการวัด โหมดแสดงความแตกต่างเล็กน้อยในด้านพลังงาน นี่เป็นผลคูณของหยดที่ไม่ได้เป็นทรงกลมอย่างสมบูรณ์ แต่บิดเบี้ยวเล็กน้อยอันเป็นผลมาจากแรงกดจากแหนบออปติคัล การปรากฏตัวของเส้นใยคู่ และผลกระทบของแรงโน้มถ่วง

การจำลองออปติกอะตอมเทคโนโลยีนี้สามารถนำไปใช้ได้จริงหลายอย่าง เขียนนักฟิสิกส์มหาวิทยาลัยปักกิ่งQi-Tao CaoและYun-Feng XiaoในคำอธิบายบนกระดาษPhysical Review X microresonators ลอยตัวสามารถทำหน้าที่เป็นแพลตฟอร์มที่มีการควบคุมอย่างดีสำหรับการจำลองเลนส์อะตอมมิก” พวกเขาอธิบาย การใช้งานที่เป็นไปได้อื่น ๆ อาจอยู่ในการใช้เรโซเนเตอร์รุ่นโฟตอนเดียวเป็นคิวบิตสำหรับการประมวลผลควอนตัม การสร้างวงจรที่หลอมได้โดยใช้หยดหลายหยด และการสื่อสารด้วยแสงความจุสูงผ่านการใช้โหมดต่างๆ เพื่อสร้างช่องข้อมูลที่แน่นหนา

วิธีทำหยดน้ำทรงสี่เหลี่ยม เฉาและเสี่ยวยังชี้ให้เห็นว่า

ไมโครสเฟียร์สามารถนำมาใช้ในแอปพลิเคชันการตรวจจับที่มีอยู่ได้ “ความถี่ของโหมดไฮเปอร์ดีเจเนอเรตนั้นไวต่อการรบกวนจากภายนอกอย่างมาก และแม้แต่ [การรบกวนดังกล่าว] เพียงเล็กน้อย เช่น ชีวโมเลกุลใกล้พื้นผิวเรโซเนเตอร์ อาจนำไปสู่การมอดูเลตที่วัดได้ [ของโหมดแสง]”

Dmitry Skryabinจาก University of Bath กล่าวเสริมว่า “ความเสื่อมและความสามารถในการจัดการกับมันสำหรับการศึกษาพื้นฐานของออสซิลเลเตอร์คู่หลายตัวในระบบเชิงเส้นตรงไม่เชิงเส้นและควอนตัมเชื่อมโยงผลลัพธ์เหล่านี้กับแนวคิดข้ามพื้นที่จำนวนมาก” “ความเฉลียวฉลาดที่สูงมากและความเสื่อมใกล้ในเครื่องสะท้อนยังเชื่อมโยงกับแนวคิดข้ามสาขาวิชาของลิ้นอาร์โนลด์และการซิงโครไนซ์ออสซิลเลเตอร์ในบริบทของการวิจัยหวีความถี่”

อนุภาคทั้งหมดมีลักษณะเหมือนคลื่น แต่ในชีวิตประจำวัน โลกมหภาค พฤติกรรมควอนตัมของพวกมันถูกซ่อนไว้เนื่องจากการมีปฏิสัมพันธ์กับสิ่งแวดล้อม เช่น ผ่านแรงโน้มถ่วง แม่เหล็กไฟฟ้า หรือความร้อน ปฏิสัมพันธ์ดังกล่าวยังหมายความว่าระบบควอนตัมจะล่วงเข้าสู่พฤติกรรมแบบคลาสสิกอย่างรวดเร็ว ซึ่งเป็นกระบวนการที่เรียกว่าการแยกตัวออกจากกัน เว้นแต่จะถูกแยกออกจากสภาพแวดล้อมของมัน นักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยชิคาโกได้พัฒนากลยุทธ์ง่ายๆ ที่ช่วยให้ระบบควอนตัมสามารถป้องกันการถอดรหัสได้นานขึ้น 10,000 เท่า เทคนิคซึ่งได้รับการทดสอบบนโซลิดสเตต qubits (ควอนตัมบิต) ที่ทำจากข้อบกพร่องของซิลิกอนคาร์ไบด์สามารถพัฒนาวิทยาศาสตร์ควอนตัมในหลาย ๆ ด้านรวมถึงการคำนวณควอนตัมการสื่อสารและการตรวจจับ

การประมวลผลควอนตัมมีความก้าวหน้าอย่างมากในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา และในปี 2019 นักวิจัยของ Google ได้เปิดตัวโปรเซสเซอร์ควอนตัมพื้นฐานที่ทำงานบางอย่างได้เร็วกว่าซูเปอร์คอมพิวเตอร์ทั่วไป อย่างไรก็ตาม ในทางปฏิบัติ ปัญหาการถอดรหัสซึ่งทำลายข้อมูลควอนตัมที่จัดเก็บไว้ จะต้องได้รับการแก้ไขก่อนที่อุปกรณ์ดังกล่าวจะแพร่หลายและสามารถจัดการกับปัญหาในโลกแห่งความเป็นจริงได้ เนื่องจากคอมพิวเตอร์ควอนตัมทำงานโดยใช้ประโยชน์จากความสามารถของอนุภาคควอนตัมในการซ้อนทับกันของสถานะสองสถานะหรือมากกว่าในเวลาเดียวกัน และลักษณะที่เปราะบางของการซ้อนทับเหล่านี้ทำให้ง่ายต่อการทำลายและควบคุมได้ยาก

จุดบกพร่องของซิลิคอนคาร์ไบด์ทีมนักวิจัยที่นำโดยDavid Awschalomเพิ่งค้นพบว่าซิลิกอนคาร์ไบด์ซึ่งเป็นวัสดุที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังสูงแล้วทำให้เกิดข้อบกพร่องที่อาจช่วยแก้ปัญหานี้ได้ ข้อบกพร่องดังกล่าวน่าดึงดูดใจเพราะเวลาในการถอดรหัสนานกว่าเวลาที่ต้องใช้ในการดำเนินการเชิงตรรกะในตัวประมวลผลควอนตัม แม้จะอยู่ในอุณหภูมิห้องก็ตาม ข้อบกพร่องยังมีสถานะการหมุนของอิเล็กตรอนที่สามารถควบคุมเป็น qubits และจัดการโดยใช้แสง

Credit : francoisdelaval.org gaimanatjcpl.org gedaechtnisderalpen.net generic40mgnexium.com getridofacnesystem.com