Las ondas acústicas en frecuencias de microondas se utilizan ampliamente en la comunicación inalámbrica y recientemente han surgido como portadores de información versátiles en aplicaciones cuánticas.
Sin embargo, la mayoría de los dispositivos acústicos son componentes pasivos, y el control dinámico de las ondas acústicas de manera escalable y con bajas perdidas sigue siendo un desafío pendiente, lo que dificulta el desarrollo de circuitos integrados fonónicos.
Ahora, investigadores de la escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas John A. Paulson de Harvard (SEAS) han demostrado por primera vez el control y la modulación de ondas acústicas con un campo eléctrico en un chip.
Los investigadores aprovechan las propiedades únicas del niobato de litio para construir un modulador electro acústico para controlar las ondas acústicas que se propagan en las guías de ondas del chip.
El niobato de litio cambia su elasticidad en respuesta a un campo eléctrico y el modulador puede controlar la fase, la amplitud y la frecuencia de las ondas acústicas en el chip, codificando datos en ellas antes de enviarlas por las guías de ondas.
“las ondas acústicas son prometedoras como portadores de información en el chip para el procesamiento de información clásica y cuántica, pero el desarrollo de circuitos integrados acústicos se ha visto obstaculizado por la incapacidad de controlar las ondas acústicas de una manera escalable y de baja perdida”, dijo Marko Loncar, Tiantsai Lin Profesor de Ingeniería Eléctrica en SEAS y autor principal de este trabajo.
“En este trabajo, demostramos que podemos controlar las ondas acústicas en una plataforma integrada de niobato de litio, acercándonos un más pasa un circuito acústico integrado”.
El equipo de Harvard demostró un dispositivo en chip. Ahora están trabajando para construir circuitos de ondas acústicas a gran escala más complejos e interconexiones con otros sistemas cuánticos, como los centros de color de diamantes.
El equipo dice que los chips de ondas acústicas tienen pocas ventajas sobre los que usan ondas electromagnéticas. Son fáciles de confinar en estructuras a nano escala, no se comunican fácilmente entre si y tienen fuertes interacciones con el sistema en el que están confinados, lo que los hace útiles tanto para aplicaciones clásicas como cuánticas.
“Nuestro trabajo allana el camino para dispositivos y circuitos basados en ondas acústicas de alto rendimiento para el procesamiento de señales de microondas de próxima generación, así como redes e interfaces cuánticas en chips que vinculan diferentes tipos de sistemas cuánticos, incluidos los sistemas atómicos de estado sólido y los qubits superconductores”.
Las ondas acústicas son más lentas que las ondas electromagnéticas de la misma frecuencia, pero incluso en el mundo de alta velocidad de la informática y las comunicaciones, eso no es malo.
Las ondas acústicas cortas son fáciles de confinar en estructuras a nano escala, no se comunican fácilmente entre si y tienen fuertes interacciones con el sistema en el que están confinadas, lo que las hace útiles tanto para aplicaciones clásicas como cuánticas.
“Los dispositivos acústicos anteriores eran pasivos, pero ahora tenemos la modulación eléctrica para sintonizar activamente los dispositivos acústicos, lo que permite muchas funcionalidades en el desarrollo futuro del procesamiento de señales de microondas utilizando este tipo de dispositivos acústicos”.Shao es actualmente profesor asistente en Virginia Tech.
Si bien esta investigación demostró un dispositivo en el chip, los investigadores están trabajando para construir circuitos de ondas acústicas a gran escala más complejos e interconexiones con otros sistemas cuánticos.
Más sobre los dispositivos acústicos
Los dispositivos de ondas acústicas de superficie (SAW= tienen una amplia gama de aplicaciones en el procesamiento de señales de microondas. Los componentes SAW de microondas se benefician de factores de calidad más altos y una diafonía mucho más pequeña en comparación con sus contrapartes electromagnéticas.
El enrutamiento y la modulación eficientes de las SAW son esenciales para construir circuitos de ondas acústicas versátiles y de gran escala. Aquí se demuestra moduladores termoacústicos integrados utilizando dos plataformas SAW: niobato de litio a granel y niobato de litio de película delgada de zafiro.
En ambos enfoques, las SAW de frecuencia de gigahercios se enrutan mediante guías de ondas acústicas integradas, mientras que los micro calentadores en el chip se utilizan para cambiar localmente la temperatura y, por lo tanto, controlar la fase de la SAW.