Penemuan polariton gelombang jirim memberi penerangan baharu tentang teknologi kuantum fotonik

Fizik Alam (2022). DOI: 10.1038/s41567-022-01565-4″ width=”800″ height=”530″/>

Skema eksperimen dan pembentukan polariton. Kredit: Fizik Alam Semula Jadi (2022). DOI: 10.1038 / s41567-022-01565-4

Pembangunan platform percubaan yang memajukan bidang sains dan teknologi kuantum (QIST) datang dengan set unik kelebihan dan cabaran yang biasa kepada mana-mana teknologi yang muncul. Penyelidik di Universiti Stony Brook, diketuai oleh Dominik Schneble, Ph.D., melaporkan pembentukan polariton gelombang jirim dalam kekisi optik, penemuan eksperimen yang membolehkan kajian paradigma QIST pusat melalui simulasi kuantum langsung menggunakan atom ultrasejuk. Para penyelidik mengunjurkan bahawa kuasipartikel novel mereka, yang meniru foton yang berinteraksi dengan kuat dalam bahan dan peranti tetapi mengelakkan beberapa cabaran yang wujud, akan memberi manfaat kepada pembangunan selanjutnya platform QIST yang bersedia untuk mengubah teknologi pengkomputeran dan komunikasi.

Penemuan ini diperincikan dalam kertas kerja yang diterbitkan dalam Fizik Alam Semula Jadi.

Penyelidikan memberi penerangan tentang sifat polariton asas dan fenomena banyak badan yang berkaitan, dan ia membuka kemungkinan baru untuk kajian bahan kuantum polaritonic.

Cabaran penting dalam bekerja dengan platform QIST berasaskan foton ialah sementara foton boleh menjadi pembawa ideal maklumat kuantum yang biasanya mereka tidak berinteraksi antara satu sama lain. Ketiadaan interaksi sedemikian juga menghalang pertukaran terkawal maklumat kuantum antara mereka. Para saintis telah menemui jalan mengatasinya dengan menggabungkan foton kepada pengujaan yang lebih berat dalam bahan, dengan itu membentuk polariton, hibrid seperti chimera antara cahaya dan jirim. Perlanggaran antara kuasipartikel yang lebih berat ini kemudian membolehkan foton berinteraksi dengan berkesan. Ini boleh membolehkan pelaksanaan operasi gerbang kuantum berasaskan foton dan akhirnya keseluruhan infrastruktur QIST.

Walau bagaimanapun, cabaran utama ialah jangka hayat yang terhad bagi polarton berasaskan foton ini disebabkan gandingan sinaran mereka kepada alam sekitar, yang membawa kepada pereputan dan dekoheren spontan yang tidak terkawal.

Penemuan polariton gelombang jirim memberi penerangan baharu tentang teknologi kuantum fotonik

Penyampaian artistik penemuan penyelidikan dalam kajian polariton menunjukkan atom dalam kekisi optik membentuk fasa penebat (kiri); atom bertukar menjadi polariton gelombang jirim melalui gandingan vakum yang dimediasi oleh sinaran gelombang mikro yang diwakili oleh warna hijau (tengah); polariton menjadi mudah alih dan membentuk fasa superfluid untuk gandingan vakum yang kuat (kanan). Kredit: Alfonso Lanuza/Schneble Lab/Universiti Stony Brook.

Menurut Schneble dan rakan sekerja, penyelidikan polariton yang diterbitkan mereka mengelakkan batasan sedemikian yang disebabkan oleh pereputan spontan sepenuhnya. Aspek foton polaritonnya sepenuhnya dibawa oleh gelombang bahan atom, yang mana proses pereputan yang tidak diingini itu tidak wujud. Ciri ini membuka akses kepada rejim parameter yang belum, atau belum lagi, boleh diakses dalam sistem polaritonik berasaskan foton.

“Pembangunan mekanik kuantum telah mendominasi abad yang lalu, dan ‘revolusi kuantum kedua’ ke arah pembangunan QIST dan aplikasinya kini sedang dijalankan dengan baik di seluruh dunia, termasuk di syarikat seperti IBM, Google dan Amazon,” kata Schneble, seorang Profesor di Jabatan Fizik dan Astronomi di Kolej Sastera dan Sains. “Kerja kami menyerlahkan beberapa kesan mekanikal kuantum asas yang menarik untuk sistem kuantum fotonik yang muncul dalam QIST daripada nanofotonik semikonduktor kepada litar elektrodinamik kuantum.”

Para penyelidik Stony Brook menjalankan eksperimen mereka dengan platform yang memaparkan atom ultrasejuk dalam sebuah kekisi optik, landskap berpotensi seperti peti telur yang terbentuk oleh gelombang cahaya berdiri. Menggunakan alat vakum khusus yang menampilkan pelbagai laser dan medan kawalan serta beroperasi pada suhu nanokelvin, mereka melaksanakan senario di mana atom terperangkap dalam “pakaian” kekisi itu sendiri dengan awan pengujaan vakum yang diperbuat daripada gelombang jirim yang rapuh dan hilang.

Pasukan mendapati bahawa, akibatnya, zarah polaritonik menjadi lebih mudah alih. Para penyelidik dapat menyiasat mereka secara langsung struktur dalaman dengan menggoncang kekisi perlahan-lahan, dengan itu mengakses sumbangan gelombang jirim dan pengujaan kekisi atom. Apabila dibiarkan begitu sahaja, polariton gelombang jirim melompat melalui kekisi, berinteraksi antara satu sama lain, dan membentuk fasa stabil jirim kuasipartikel.

“Dengan eksperimen kami, kami melakukan simulasi kuantum sistem exciton-polarton dalam rejim novel, ” jelas Schneble. “Pencarian untuk melakukan simulasi ‘analog’ sedemikian, yang sebagai tambahan adalah ‘analog’ dalam erti kata bahawa parameter yang berkaitan boleh didail secara bebas, dengan sendirinya merupakan arah penting dalam QIST.”

Penyelidikan Stony Brook termasuk pelajar siswazah Joonhyuk Kwon (kini postdoc di Sandia National Laboratory), Youngshin Kim dan Alfonso Lanuza.


Interaksi dipertingkatkan melalui gandingan jirim cahaya yang kuat


Maklumat lanjut:
Joonhyuk Kwon et al, Pembentukan polariton gelombang jirim dalam kekisi optik, Fizik Alam Semula Jadi (2022). DOI: 10.1038 / s41567-022-01565-4

Disediakan oleh
Universiti Stony Brook


Petikan: Penemuan polariton gelombang jirim memberi penerangan baharu tentang teknologi kuantum fotonik (2022, 6 April) yang diperoleh pada 7 April 2022 daripada

Dokumen ini tertakluk kepada hak cipta. Selain daripada sebarang urusan adil untuk tujuan kajian atau penyelidikan persendirian, tiada bahagian boleh diterbitkan semula tanpa kebenaran bertulis. Kandungan disediakan untuk tujuan maklumat sahaja.

We want to say thanks to the writer of this short article for this amazing web content

Penemuan polariton gelombang jirim memberi penerangan baharu tentang teknologi kuantum fotonik


You can view our social media profiles here and other pages related to them here.https://paw6.info/related-pages/