Nútímatækni byggir í auknum mæli á ljósgjafa sem hægt er að endurstilla eftir þörfum. Hugsaðu um örleysistæki sem geta fljótt skipt á milli mismunandi rekstrarástanda-eins og bíll skiptir um gír-svo að ljósflögur geti beint merkjum, framkvæmt útreikninga eða lagað sig að breyttum aðstæðum í rauntíma. Örleysisskiptin eru ekki slétt og róleg, en geta verið skyndileg og hröð. Almennt séð keppa næstum eins "kandidat" leysirríki sín á milli í örholi og leysirinn getur skyndilega hoppað úr einu ástandi í annað þegar ytri aðstæður eru stilltar.
Þetta vekur upp raunhæfa spurningu: Hversu hratt getur slíkur rofi verið í grundvallaratriðum? Fyrir eðlisfræðinga vekur það dýpra: Fylgir skiptingin alhliða reglu, eins og önnur fasaskipti í náttúrunni?
Hópur við háskólann í Peking hefur nú gefið skýra mynd af ofurháum-gæða örholaleysi-sem tíminn sem leysirinn þarf til að klára stöðurofa fylgir ótrúlega einfaldri afl-lögreglu. Þegar stjórntakkanum er sópað hraðar verður rofinn hraðari-en ekki af geðþótta. Þess í stað minnkar skiptingartíminn með kvaðratrótinni af getraunahraðanum, sem samsvarar sterkum veldisvísi nálægt helmingi. Þessi niðurstaða setur í raun hraðatakmörk fyrir hversu hratt slíkir örleysir geta "skipti um gír." Niðurstöðurnar eru birtar íLíkamleg endurskoðunarbréf.
Hvernig á að stjórna laserrofanum?
Í ofurháu-Q holi, hringsóla ljóseindir margar milljónir sinnum áður en þær leka út, sem eykur til muna víxlverkun ljóss og efnis og gerir kleift að stilla -lágmarksþröskuld. Fram að þessu gátu flestar rannsóknir sagt í hvaða ástandi leysirinn endaði, en það var mun erfiðara að fanga sjálft skiptingarferlið-það stutta skammvinn þar sem leysirinn yfirgefur eitt ástand og sest í annað. Sá skammvinn getur þróast á nanósekúndu tímakvörðum og gerist í opnu kerfi sem er stöðugt knúið og tapar orku, þar sem hávaði og útbreiðsla gegna aðalhlutverki.
Til að leysa þetta byggði teymið ör-leysir vettvang sem hægt er að stilla á hreinan og forritanlegan hátt. Lasarinn er myndaður í ofurhári-Q kísil örkúlu-aðeins tugum míkrómetra þvert á-þar sem bylgjur réttsælis og rangsælis geta tengt saman og myndað tvö standandi-bylgjuástand (tvær "ofurhamfar") með gagnstæða samhverfu.
Lykilhugmyndin var að bæta við endurgjöfarlykkju sem dælir litlum hluta af leysiljósinu aftur inn í holrúmið. Með því að stjórna fasa þessa endurdældu ljóss gætu rannsakendur gert truflun annaðhvort til að styrkja eða veikja sérstakar ofurstillingar. Í raun, þessi fasastýring gerir þeim kleift að stilla tapjafnvægið á milli tveggja samkeppnisleysisástandanna-eins og að stilla vippu-svo að hægt sé að strjúka kerfinu yfir mikilvæga punktinn þar sem annað ástand er ívilnandi fram yfir hitt. Þetta er greinilega „ekki-Hermitískt“ form stjórnunar: frekar en að skipta aðeins um ómun tíðni, endurmótar það beint ávinnings-tap landslagið sem stjórnar hvaða ríki vinnur.
Mynda rofann í rauntíma
Að stjórna rofanum er aðeins hálf sagan-upptakan er hinn helmingurinn. Teymið notaði útvarps-tíðni (RF) takt-nótuaðferð: Þeir blönduðu leysiúttakinu saman við stöðuga viðmiðun og fylgdu útvarpsmerkinu sem myndast með tímanum. Þetta breytir ofurhröðum sjónbreytingum í mælanleg rafmerki, sem gerir rannsakendum kleift að endurbyggja hvernig leysiástandið þróast við skiptingu með tímaupplausn undir 10 nanósekúndna.
Einfalda reglan: Kraftkvörðun
Þegar skammvinnið er sýnilegt, verður náttúruleg tilraun möguleg: endurtaktu skiptingaraðferðina mörgum sinnum, en sópaðu stjórntakkanum á mismunandi hraða. Teymið tók síðan vel-skilgreindan umbreytingartíma úr hverjum skiptitilburði. Niðurstaðan var sláandi: yfir breitt svið sópahraða fylgir umbreytingartíminn öflugu afllögmáli. Hraðari getraun leiðir til hraðari skipti, en framförin hægir á sér á fyrirsjáanlegan hátt.
Megindlega mælist skiptitíminn um það bil eins og andhverfa kvaðratrót af getraunshraðanum, sem svarar til veldisvísis nálægt 0,5. Sama hegðun kemur einnig fram í rannsóknum á tengdum -leysikerfum í holrúmi, sem bendir til þess að reglan sé ekki viðkvæmur eiginleiki eins tækis, heldur endurspeglar hún víðtækari meginreglu um ójafnvægisrofa í knúnum, dreifandi ljóseindakerfum.
„Alhliða stærðarlögmál eru verðmæt vegna þess að þau gefa verkfræðingum og vísindamönnum forspáráttavita,“ sagði prófessor Xiao, samsvarandi höfundur þessarar rannsóknarvinnu. "Í stað þess að stilla tæki með prufa og villa getur maður notað skalunarreglu til að sjá fyrir hvernig breyttur stýrihraði hefur áhrif á viðbragðstíma-og til að skilja hvar minnkandi ávöxtun kemur inn."
Fyrir forrit getur þessi niðurstaða verið innblástur endurstillanlegra örleysis sem verða að skipta hratt um rekstrarstöðu fyrir ljóseindatækni á-flís og einnig tengdu leysinetum sem lögð eru til fyrir fínstillingu og hliðræna tölvuvinnslu, þar sem margir hnútar verða að skipta á áreiðanlegan og fljótlegan hátt. Fyrir grundvallarvísindi gefur niðurstaðan sjaldgæft, hreint tilraunaviðmið fyrir ójafnvægi gagnrýna gangverki á opnu, ó-hermitísku umhverfi-vettvangi þar sem klassískar hugmyndir um fasaskipti þarf að endurhugsa og prófa.
