p Em uma experiência recente na EPFL, um ressonador de microondas, um circuito que suporta sinais elétricos oscilando em uma frequência de ressonância, é acoplado às vibrações de um micro-tambor metálico. Ao resfriar ativamente o movimento mecânico próximo à energia mais baixa permitida pela mecânica quântica, o micro-tambor pode ser transformado em um reservatório quântico - um ambiente que pode moldar os estados das micro-ondas. Os resultados são publicados como uma publicação avançada em Física da Natureza . p László Dániel Tóth, Nathan Bernier, e o Dr. Alexey Feofanov liderou o esforço de pesquisa no Laboratório de Fotônica e Medições Quânticas de Tobias Kippenberg na EPFL, com o apoio do Dr. Andreas Nunnenkamp, um teórico da Universidade de Cambridge, REINO UNIDO.

p Microondas são ondas eletromagnéticas, assim como a luz visível, mas com uma frequência quatro ordens de magnitude menor. As microondas formam a espinha dorsal de várias tecnologias cotidianas, desde fornos de microondas e telefones celulares até comunicação por satélite, e recentemente ganharam mais importância na manipulação de informações quânticas em circuitos supercondutores - um dos candidatos mais promissores para realizar futuros computadores quânticos.

p O micro-tambor, apenas 30 mícrons de diâmetro, 100 nanômetros de espessura e fabricados no Centro de MicroNanotecnologia (CMi) da EPFL, constitui a placa superior de um capacitor em um ressonador de micro-ondas supercondutor. A posição do tambor modula a frequência de ressonância do ressonador e, por outro lado, uma voltagem através do capacitor exerce uma força no microbubo. Por meio dessa interação bidirecional, a energia pode ser trocada entre as vibrações mecânicas e as oscilações de microondas no circuito supercondutor.

p No experimento, o micro-tambor é primeiro resfriado próximo ao seu nível quântico de energia mais baixo por um tom de micro-ondas adequadamente sintonizado. Cada fóton de microondas (um quantum de luz) carrega a energia de um fônon (um quantum de movimento mecânico) de forma que a energia mecânica é reduzida. Este processo de resfriamento aumenta a dissipação e transforma o micro-tambor em um reservatório dissipativo para o ressonador de micro-ondas.

p Ao ajustar as interações entre a cavidade e o microtubo resfriado, que agora é um ambiente para micro-ondas, a cavidade pode ser transformada em um amplificador de microondas. O aspecto mais interessante deste processo de amplificação é o ruído adicionado, isso é, quanto aleatório, flutuações indesejadas são adicionadas ao sinal amplificado.

p Embora contra-intuitivo, a mecânica quântica determina que esse ruído adicionado não pode ser suprimido completamente, mesmo em princípio. O amplificador realizado no experimento EPFL opera muito próximo a este limite, portanto, é o mais "silencioso" possível. Interessantemente, em um regime diferente, o micro-tambor transforma o ressonador de micro-ondas em um maser (ou laser de micro-ondas).

p "Nos últimos anos, muitas pesquisas focaram em trazer os osciladores mecânicos para o regime quântico." diz o Dr. Alexey Feofanov, pesquisadora de pós-doutorado no projeto. "Contudo, nosso experimento é um dos primeiros que realmente mostra e aproveita suas capacidades para futuras tecnologias quânticas. "

p Olhando para a frente, este experimento permite novos fenômenos em sistemas optomecânicos de cavidade, como roteamento de microondas sem ruído ou emaranhamento de microondas. Geralmente, prova que os osciladores mecânicos podem ser um recurso útil no campo de rápido crescimento da ciência quântica e da engenharia.

p As atividades futuras sobre as possibilidades de pesquisa emergentes criadas por este trabalho serão apoiadas por dois projetos EC Horizon 2020 recentemente iniciados:Hybrid Optomechanical Technologies (HOT) e Optomechanical Technologies (OMT), ambos coordenados na EPFL.