ఫోటాన్లు, ఎలక్ట్రాన్లు మరియు ఇతర సబ్‌టామిక్ కణాలు చాలా చిన్న ప్రమాణాల వద్ద సంకర్షణ చెందే వింత మార్గాలను కొలవడానికి మరియు అర్థం చేసుకోవడానికి భౌతిక శాస్త్రవేత్తలు ఒక శతాబ్దానికి పైగా గడిపారు. కొత్త సాంకేతికతలను రూపొందించడానికి ఈ దృగ్విషయాలను ఎలా ఉపయోగించుకోవాలో ఇంజనీర్లు దశాబ్దాలుగా కనుగొన్నారు.

క్వాంటం ఎంటాంగిల్‌మెంట్ అని పిలువబడే అటువంటి దృగ్విషయంలో, ఫోటాన్‌ల జంటలు ఒకదానితో ఒకటి అనుసంధానించబడి ఉంటాయి, తద్వారా ఒక ఫోటాన్ యొక్క స్థితి తక్షణమే దాని జత చేసిన ఫోటాన్ స్థితికి సరిపోయేలా మారుతుంది, అవి ఎంత దూరంలో ఉన్నా.

దాదాపు 80 సంవత్సరాల క్రితం, ఆల్బర్ట్ ఐన్‌స్టీన్ ఈ దృగ్విషయాన్ని “దూరంలో భయానక చర్య”గా పేర్కొన్నాడు. నేడు, చిక్కు అనేది ప్రపంచవ్యాప్తంగా పరిశోధనా కార్యక్రమాలకు సంబంధించిన అంశం – మరియు ఇది క్వాంటం సమాచారం యొక్క అత్యంత ప్రాథమిక రూపమైన క్విట్‌ని అమలు చేయడానికి అనుకూలమైన మార్గంగా మారుతోంది.

ప్రస్తుతం, ఫోటాన్ జతలను సృష్టించడానికి అత్యంత ప్రభావవంతమైన మార్గం మైక్రోస్కోప్ లేకుండా చూడగలిగేంత పెద్ద క్రిస్టల్ ద్వారా కాంతి తరంగాలను పంపడం అవసరం. నేచర్ ఫోటోనిక్స్‌లో ఈరోజు ప్రచురించబడిన ఒక పేపర్‌లో, కొలంబియా ఇంజనీరింగ్ పరిశోధకులు మరియు సహకారుల నేతృత్వంలోని బృందం, తక్కువ శక్తిని ఉపయోగించి చాలా చిన్న పరికరంలో అధిక పనితీరును సాధించే ఈ ఫోటాన్ జతలను రూపొందించడానికి కొత్త పద్ధతిని వివరిస్తుంది. కొలంబియా ఇంజినీరింగ్‌లో మెకానికల్ ఇంజనీరింగ్ అసోసియేట్ ప్రొఫెసర్ P. జేమ్స్ షుక్ పరిశోధనా బృందానికి నాయకత్వం వహించడంలో సహాయపడ్డారు.

ఈ పరిశోధనలు నాన్‌లీనియర్ ఆప్టిక్స్ రంగంలో ఒక ముఖ్యమైన ముందడుగును సూచిస్తాయి, ఇది లేజర్‌లు, టెలికమ్యూనికేషన్స్ మరియు లేబొరేటరీ పరికరాలతో సహా అప్లికేషన్‌ల కోసం కాంతి లక్షణాలను మార్చడానికి సాంకేతిక పరిజ్ఞానాన్ని ఉపయోగించడం గురించి ఆందోళన చెందుతుంది.

“ఈ పని మాక్రోస్కోపిక్ మరియు మైక్రోస్కోపిక్ నాన్‌లీనియర్ మరియు క్వాంటం ఆప్టిక్స్‌ను బ్రిడ్జింగ్ చేయాలనే దీర్ఘకాలిక లక్ష్యం యొక్క స్వరూపాన్ని సూచిస్తుంది” అని క్వాంటం సైన్స్ అండ్ టెక్నాలజీలో కొలంబియా యొక్క MSకి సహ-దర్శకత్వం వహించే షుక్ చెప్పారు. “ఇది ట్యూనబుల్ మైక్రోస్కోపిక్ ఎంటాంగిల్డ్-ఫోటాన్-పెయిర్ జనరేటర్‌ల వంటి స్కేలబుల్, అత్యంత సమర్థవంతమైన ఆన్-చిప్ ఇంటిగ్రేబుల్ పరికరాలకు పునాదిని అందిస్తుంది.”

ఇది ఎలా పనిచేస్తుంది

కేవలం 3.4 మైక్రోమీటర్ల మందంతో, కొత్త పరికరం అనేక క్వాంటం సిస్టమ్‌లలోని ఈ ముఖ్యమైన భాగం సిలికాన్ చిప్‌కి సరిపోయే భవిష్యత్తును సూచిస్తుంది. ఈ మార్పు శక్తి సామర్థ్యం మరియు క్వాంటం పరికరాల యొక్క మొత్తం సాంకేతిక సామర్థ్యాలలో గణనీయమైన లాభాలను కలిగిస్తుంది.

పరికరాన్ని రూపొందించడానికి, పరిశోధకులు మాలిబ్డినం డైసల్ఫైడ్ అని పిలవబడే వాన్ డెర్ వాల్స్ సెమీకండక్టింగ్ ట్రాన్సిషన్ మెటల్ యొక్క సన్నని స్ఫటికాలను ఉపయోగించారు. అప్పుడు వారు ఈ స్ఫటిక ముక్కల్లోని ఆరింటిని ఒక స్టాక్‌లో పొరలుగా చేసి, ఒక్కో ముక్కను పైన మరియు దిగువన ఉన్న క్రిస్టల్ స్లాబ్‌లకు సంబంధించి 180 డిగ్రీలు తిప్పారు. కాంతి ఈ స్టాక్ గుండా ప్రయాణిస్తున్నప్పుడు, క్వాసి-ఫేజ్-మ్యాచింగ్ అని పిలువబడే ఒక దృగ్విషయం కాంతి యొక్క లక్షణాలను తారుమారు చేస్తుంది, ఇది జత చేసిన ఫోటాన్‌ల సృష్టిని అనుమతిస్తుంది.

టెలికమ్యూనికేషన్‌లకు ఉపయోగపడే తరంగదైర్ఘ్యాల వద్ద ఫోటాన్ జతలను రూపొందించడానికి ఏదైనా వాన్ డెర్ వాల్స్ మెటీరియల్‌లో క్వాసి-ఫేజ్-మ్యాచింగ్ ఉపయోగించబడడాన్ని ఈ కాగితం మొదటిసారిగా సూచిస్తుంది. సాంకేతికత మునుపటి పద్ధతుల కంటే చాలా సమర్థవంతంగా ఉంటుంది మరియు లోపానికి చాలా తక్కువ అవకాశం ఉంది.

“ఈ పురోగతి తదుపరి తరం నాన్-లీనియర్ మరియు క్వాంటం ఫోటోనిక్ ఆర్కిటెక్చర్‌ల యొక్క ప్రధాన అంశంగా వాన్ డెర్ వాల్స్ మెటీరియల్‌లను ఏర్పాటు చేస్తుందని మేము నమ్ముతున్నాము, భవిష్యత్తులో అన్ని ఆన్-చిప్ టెక్నాలజీలను ఎనేబుల్ చేయడానికి మరియు కరెంట్ బల్క్ మరియు క్రమానుగతంగా పోల్డ్ స్ఫటికాలను భర్తీ చేయడానికి అవి అనువైన అభ్యర్థులుగా ఉంటాయి” అని షుక్ చెప్పారు.

“ఈ ఆవిష్కరణలు ఉపగ్రహ ఆధారిత పంపిణీ మరియు మొబైల్ ఫోన్ క్వాంటం కమ్యూనికేషన్‌తో సహా విభిన్న రంగాలలో తక్షణ ప్రభావాన్ని చూపుతాయి.”

ఎలా జరిగింది

కొత్త పరికరాన్ని అభివృద్ధి చేయడానికి షుక్ మరియు అతని బృందం వారి మునుపటి పనిని రూపొందించారు. 2022లో, మాలిబ్డినం డైసల్ఫైడ్ వంటి పదార్థాలు నాన్‌లీనియర్ ఆప్టిక్స్‌కు ఉపయోగకరమైన లక్షణాలను కలిగి ఉన్నాయని సమూహం ప్రదర్శించింది — అయితే ఈ పదార్థం ద్వారా ప్రయాణించేటప్పుడు కాంతి తరంగాలు ఒకదానితో ఒకటి జోక్యం చేసుకునే ధోరణి ద్వారా పనితీరు పరిమితం చేయబడింది.

ఫేజ్ మ్యాచింగ్ అని పిలువబడే ఈ సమస్యను ఎదుర్కోవడానికి బృందం పీరియాడిక్ పోలింగ్ అనే సాంకేతికతను ఆశ్రయించింది. స్టాక్‌లోని స్లాబ్‌ల దిశను ప్రత్యామ్నాయంగా మార్చడం ద్వారా, పరికరం చిన్న పొడవు ప్రమాణాల వద్ద ఫోటాన్ జత ఉత్పత్తిని ప్రారంభించే విధంగా కాంతిని తారుమారు చేస్తుంది.

“ఈ పదార్థం ఎంత అద్భుతంగా ఉందో మేము అర్థం చేసుకున్న తర్వాత, మేము ఆవర్తన పోలింగ్‌ను కొనసాగించాలని మాకు తెలుసు, ఇది ఫోటాన్ జతల యొక్క అత్యంత సమర్థవంతమైన తరం కోసం అనుమతిస్తుంది” అని షుక్ చెప్పారు.

ఈ పని కొలంబియాలోని డిపార్ట్‌మెంట్ ఆఫ్ ఎనర్జీ ఎనర్జీ ఫ్రాంటియర్ రీసెర్చ్ సెంటర్ (EFRC) ప్రోగ్రామబుల్ క్వాంటం మెటీరియల్స్‌లో జరిగింది, క్వాంటం మెటీరియల్‌లను అర్థం చేసుకోవడానికి మరియు దోపిడీ చేయడానికి పెద్ద ప్రయత్నంలో భాగంగా. బాసో, డెలోర్ మరియు డీన్ ల్యాబ్‌ల సహకారం కారణంగా ఈ పని సాధ్యమైంది. పోస్ట్‌డాక్టోరల్ పరిశోధకురాలు చియారా ట్రోవాటెల్లో ఈ ప్రయత్నానికి నాయకత్వం వహించారు.



Source link