کهربا

کنترل و تنظیم جریان نور در جامعه‌ی مبتنی بر ارتباطات راه دور امروز، امری لازم است. دانشمندان مؤسسه‌ی اپتیک کوانتوم ماکس‌پلانک خبر از کشف روشی برای تزویج فوتون‌ها و ارتعاش‌های مکانیکی دادند که کاربردهای زیادی در ارتباطات راه دور و فن‌آوری‌های اطلاعات کوانتومی دارد.

به گزارش خبرگزاری الکترونیوز، پروفسور توبیاس کیپنبرگ (Tobias Kippenberg) و گروهش در آزمایشگاه فوتونیک و اندازه‌گیری‌های کوانتوم EPFL، راهی جدید برای تزویج نور و ارتعاش کشف کرده‌اند که طی مقاله‌ای در نسخه‌ی یازده نوامبر مجله‌ی ساینس منتشر شده است. با استفاده از این اکتشاف، آن‌ها دستگاهی ساخته‌اند که در آن باریکه‌ی نوری که در حال عبور از یک میکروتشدیدکننده (microresonator) است، توسط باریکه‌ی نور قوی‌تر دیگری قابل‌کنترل است. بنابراین، این دستگاه مشابه ترانزیستوری نوری عمل می‌کند که در آن یک باریکه‌ی نور، شدت باریکه‌ی دیگر را تحت تأثیر قرار می‌دهد.

میکروتشدیدکننده‌ی نوری آن‌ها دو شاخصه دارد: نخست اینکه نور را در یک ساختار ریز شیشه‌ای به دام می‌اندازد و آن را به داخل ساختاری دایروی هدایت می‌کند. دوم اینکه این ساختار در فرکانس‌های تعریف‌شده‌ی مناسبی ارتعاش می‌کند. از آنجاکه این ساختار بسیار کوچک است (کسری از قطر یک تار موی انسان)، این فرکانس‌ها 000,10 مرتبه بزرگ‌تر از فرکانس ارتعاش شیشه‌ی لیوان هستند. زمانی‌که نور به داخل این قطعه تزریق می‌شود، فوتون‌ها نیرویی را از خود نشان می‌دهند که فشار تشعشع نامیده می‌شود و توسط تشدیدکننده تا اندازه‌ی زیادی افزایش می‌یابد. این فشار فزاینده باعث تغییر شکل محفظه می‌شود و نور را با ارتعاش‌های مکانیکی تزویج می‌کند. در صورت استفاده از دو باریکه‌ی نور، برهم‌کنش این دو لیزر با ارتعاش‌های مکانیکی منجر به نوعی «کلید» نوری می‌شود: لیزر «کنترلی»ِ قوی می‌تواند لیزر «پیرو»ِضعیف را مشابه ترانزیستوری الکتریکی قطع و وصل کند.

آلبرت شلیسر (Albert Schliesser)، پژوهشگر مؤسسه‌ی ماکس‌پلانک، توضیح می‌دهد: «ما بیش از دو سال است که می‌دانیم این مسأله به لحاظ تئوری امکان‌پذیر است.» امّا به اجرا درآوردن آن مشکل است. استفان ویس (Stefan Weis)، دانشجوی دوره‌ی دکترای EPFLو یکی از نویسندگان اصلی مقاله، یادآوری می‌کند: «وقتی‌که دانستیم کجا را جستجو کنیم، دقیقاً همان‌جا بود.» ساموئل دلگلیس (Samuel Deleglise)، دانشمند ارشد EPFL،هم خاطرنشان می‌کند: «توافق بین تئوری و آزمایش واقعاً تصادفی است.»

کاربردهای این اثر جدید، که OMIT (شفافیت القاشده‌‌ی اُپتومکانیکی یاoptomechanically-induced transparency) نامیده شده است، می‌تواند کارکردهای کاملاً جدیدی را برای فوتونیک فراهم کند. تبدیل‌های تشعشع‌به‌ارتعاش پیش از این به‌طورگسترده استفاده می‌شده‌اند: مثلاًدر تلفن‌های همراه، یک گیرنده تشعشع الکترومغناطیسی را به ارتعاش مکانیکی تبدیل می‌کند که امکان فیلتر مناسب سیگنال را مهیا می‌سازد. امّا انجام این نوع تبدیل به وسیله‌ی نور غیرممکن بوده است. به‌وسیله‌ی دستگاهی مبتنی بر OMIT، میدانی نوری برای اولین بار توانست به ارتعاش مکانیکی تبدیل شود. این مسأله می‌تواند گستره‌ی وسیعی از امکانات را به روی ارتباطات راه دور بگشاید. برای مثال، بافرهای نوری جدیدی می‌توانند طراحی شوند که قادر باشند اطلاعات نوری را تا چند ثانیه ذخیره کنند.

در سطحی بنیادی‌تر، پژوهشگران سراسر دنیا در حال تلاش برای یافتن راه‌هایی به‌منظور کنترل سیستم‌های اُپتومکانیکی در سطح کوانتومی بوده‌اند. تزویج قابل‌کلیدزنی که توسط گروه ماکس‌پلانک EPFL نشان داده شده است، می‌تواند به عنوان واسطه‌ی مهمی در سیستم‌های کوانتومی دورگه، جامعه را در غلبه بر این مشکل یاری کند.