Delfti tehnikaülikooli teadlased said loodud uut tüüpi mikrolainelaseri
Nüüdisajal leiavad laserid laialdast rakendust — silmakirurgid kasutavad neid meie nägemismeele korrigeerimiseks, kassiirid loevad nende abil meie tarbekaupade hinnasilte ja kvantteadlased kontrollivad laservalgusega kvantbitte tuleviku kvantarvutites.
Suurema osaga praegustest rakendustest saavad suured ja energiat raiskavad nüüdislaserid hästi hakkama, kuid kvantteadlased puutuvad oma töös paratamatult kokku eriti madalate temperatuuride ja väga väiksemõõtmeliste objektidega. Nüüdseks juba rohkem kui 40 aastat on nad näinud vaeva sellise tõhusa ja täpse mikrolainelaseri loomisega, mis töötades ülikülma keskkonda üles ei soojendaks, vahendas phys.org.
Hollandis tegutseva Delfti tehnikaülikooli uurijate töörühm Leo Kouwenhoveni juhtimisel on demonstreerinud töötavat kiipsüsteemset mikrolainelaserit, mis toimib tänu ülijuhtivuse ühele elementaarsele omadusele — Josephsoni vahelduvvoolu-efektile (ingl AC Josephson effect). Töörühm paigaldas tillukese lõike katkestatud ülijuhist, nn Josephsoni tunnekontakti (ingl Josephson junction) hoolikalt kiibile konstrueeritud õnarusse. Taoline seade teeb võimalikuks mitmed rakendused, mille juures minimaalselt hajuv mikrolainekiirgus on kriitilise tähtsusega, näiteks kvantbittide kontrollimise laiendamiskõlbulikus kvantarvutis.
1911. aastal avastas Hollandi füüsik Heike Kamerlingh Onnes, et mõned materjalid muutuvad väga madalatel temperatuuridel ülijuhtivaks, lastes elektrivoolu endast läbi ilma igasuguse energiakuluta. Üks ülijuhtivusnähtuse kõige olulisemaid rakendusi on Josephsoni efekt: kui ülijuhtivast materjalist objekti sisse konstrueerida väga õhuke takistus, siis kvantmehaanika reeglite kohaselt tungivad elektrit kandvad osakesed sellest barjäärist läbi (ingl quantum tunneling). Pealeselle leiab too protsess aset väga täpsetel sagedustel, mida saab väljastpoolt kohaldatava alalisvoolu abil moduleerida. See teeb Josephsoni tunnelkontaktist seadme, mis suudab elektripinget täiuslikul moel valguskiirguseks teisendada.
Delfti ülikooli kvantuuringute instituudi QuTech teadlased sidestasid sellise üksiku Josephsoni tunnelkontakti kvaliteetse jõudlusteguriga, sipelgast mitte palju suurema ülijuht-mikroõnarusega. Josephsoni tunnelkontakt toimib nagu eraldine aatom, samas kui õnarust võib käsitleda kahe mikrolainevalgust peegeldava peeglina. Nõrga alalisvoolu suunalisel Josephsoni tunnelkontakti hakkab see kiirgama mikrolainefootoneid, mis võnguvad õnarusega samal sagedusel. Footonid hakkavad kahe ülijuhtiva peegli vahel edasi-tagasi põrkama ja sunnivad seega Josephsoni tunnelkontakti kiirgama üha rohkem õnaruses paikneva footoniga kooskõlastatud footoneid.
Uurijad täheldasid, et kogu seadme jahutamine ülikülmale (ühest Kelvini kraadist madalamale) temperatuurile ja tunnelkontakti mõjutamine nõrga alalisvooluga tekitas koherentse mikrolainefootonite voo, mis õnaruse väljundist välja kiirgas. Kuna kiiplaser koosneb üleni ülijuhtivatest materjalidest, on see äärmisel energiasäästlik ja palju stabiilsem kui demonstreeritud ülijuhipõhistest laseritest. Selle käitamiseks kulub vähem kui üks pikovatt elektrienergiat — rohkem kui sada miljardit korda vähem tavalise hõõglambi nõutavast energiahulgast.
