Alimlər optik qəfəsdə maddə-dalğa polaritonlarının əmələ gəldiyini bildirirlər ki, bu, ultrasoyuq atomlardan istifadə etməklə birbaşa kvant simulyasiyası vasitəsilə mərkəzi kvant elmi və texnologiya paradiqmasının öyrənilməsinə imkan verən eksperimental kəşfdir.
Materiya-dalğa polaritonlarının kəşfi fotonik kvant texnologiyalarına yeni işıq salır
“Nature Physics” jurnalında dərc edilən araşdırma “ikinci kvant inqilabı” üçün yeni bir platforma təqdim edir.
Kvant elmi və texnologiyası (QIST) sahəsini inkişaf etdirən eksperimental platformaların inkişafı istənilən yeni texnologiya üçün ümumi olan unikal üstünlüklər və problemlər dəsti ilə gəlir. PhD Dominik Schneble-nin rəhbərlik etdiyi Stony Brook Universitetinin tədqiqatçıları, ultrasoyuq atomlardan istifadə edərək birbaşa kvant simulyasiyası vasitəsilə mərkəzi QIST paradiqmasının öyrənilməsinə imkan verən eksperimental kəşf, optik qəfəsdə maddə-dalğa polaritonlarının əmələ gəldiyini bildirirlər. Alimlər layihələndirirlər ki, materiallarda və cihazlarda güclü qarşılıqlı fotonları təqlid edən, lakin bəzi səciyyəvi problemlərin qarşısını alan onların yeni kvazirəcikləri hesablama və kommunikasiya texnologiyasında inqilab etməyə hazırlaşan QIST platformalarının gələcək inkişafına fayda verəcək.
Tədqiqatın nəticələri jurnalda dərc olunan məqalədə ətraflı şəkildə təqdim olunur Təbiət fizikası.
Tədqiqat əsas polariton xassələrinə və əlaqəli çoxbədən hadisələrinə işıq salır və polaritonik kvant maddənin tədqiqi üçün yeni imkanlar açır.
Foton əsaslı QIST platformaları ilə işləməkdə mühüm problem odur ki, fotonlar kvant məlumatının ideal daşıyıcısı ola bilsələr də, onlar adətən bir-biri ilə qarşılıqlı əlaqədə olmurlar. Bu cür qarşılıqlı əlaqənin olmaması onların arasında kvant məlumatlarının idarə olunan mübadiləsinə də mane olur. Elm adamları fotonları materiallardakı daha ağır həyəcanlara birləşdirərək, işıq və maddə arasında polaritonlar, kimera kimi hibridlər əmələ gətirməklə bunun bir yolunu tapdılar. Bu daha ağır kvazirəciklər arasındakı toqquşmalar, fotonların effektiv şəkildə qarşılıqlı təsirini mümkün edir. Bu, foton əsaslı kvant qapısı əməliyyatlarının və nəticədə bütün QIST infrastrukturunun həyata keçirilməsinə imkan verə bilər.
Bununla belə, əsas problem bu foton əsaslı polaritonların ətraf mühitə radiasiyalı birləşməsinə görə məhdud ömrüdür ki, bu da nəzarətsiz kortəbii çürüməyə və dekoherensliyə gətirib çıxarır.
Polariton tədqiqatında tədqiqat nəticələrinin bədii təsviri izolyasiya fazası təşkil edən optik qəfəsdə atomları göstərir (solda); yaşıl rənglə (mərkəzdə) təmsil olunan mikrodalğalı radiasiyanın vasitəçiliyi ilə vakuum birləşmə yolu ilə maddə-dalğa polaritonlarına çevrilən atomlar; polaritonların hərəkətli olması və güclü vakuum birləşməsi üçün həddindən artıq maye fazası əmələ gəlməsi (sağda). Kredit: Alfonso Lanuza/Schneble Laboratoriyası/Stony Brook Universiteti.
Schneble və həmkarlarının fikrincə, onların dərc olunmuş polariton tədqiqatları kortəbii çürümə nəticəsində yaranan bu cür məhdudiyyətləri tamamilə aşır. Onların polaritonlarının foton aspektləri tamamilə atom maddə dalğaları tərəfindən daşınır, onlar üçün belə arzuolunmaz çürümə prosesləri mövcud deyil. Bu xüsusiyyət foton əsaslı polaritonik sistemlərdə əlçatan olmayan və ya hələ əlçatan olmayan parametr rejimlərinə girişi açır.
“Kvant mexanikasının inkişafı keçən əsrdə üstünlük təşkil etdi və QIST və onun tətbiqləri ilə bağlı “ikinci kvant inqilabı” hazırda bütün dünyada, o cümlədən IBM, Google və Amazon kimi korporasiyalarda sürətlə gedir” deyə Schneble deyir. İncəsənət və Elmlər Kollecinin Fizika və Astronomiya kafedrasının professoru. "Bizim işimiz yarımkeçirici nanofotonikadan dövrə kvant elektrodinamikasına qədər QIST-də fövqəladə fotonik kvant sistemləri üçün maraqlı olan bəzi fundamental kvant mexaniki effektləri vurğulayır."
Stony Brook tədqiqatçıları öz eksperimentlərini optik qəfəsdə ultra soyuq atomlardan ibarət platforma ilə apardılar. Müxtəlif lazerlər və idarəetmə sahələri olan və nanokelvin temperaturunda işləyən xüsusi vakuum aparatından istifadə edərək, onlar qəfəsdə sıxışan atomların kövrək, sönən maddə dalğalarından ibarət vakuum həyəcanlarının buludları ilə "dondurulması" ssenarisini həyata keçirdilər.
Komanda müəyyən etdi ki, nəticədə polaritonik hissəciklər daha mobil olur. Tədqiqatçılar şəbəkəni yumşaq silkələməklə onların daxili quruluşunu birbaşa araşdıra bildilər və beləliklə, maddə dalğalarının və atom şəbəkəsinin həyəcanlanmasının töhfələrini əldə etdilər. Tək qaldıqda maddə-dalğa qütbləri qəfəsdən keçir, bir-biri ilə qarşılıqlı əlaqədə olur və kvazirəcikli maddənin sabit fazalarını əmələ gətirir.
"Təcrübəmizlə biz yeni rejimdə eksiton-polyaryon sisteminin kvant simulyasiyasını həyata keçirdik" deyə Schneble izah edir. “Belə həyata keçirmək üçün axtarış analogue’ simulations, which in addition areanaloq` müvafiq parametrlərin sərbəst yığıla bilməsi mənasında QIST daxilində mühüm istiqamət təşkil edir.
İstinad: “Optik qəfəsdə maddə-dalğa polaritonlarının əmələ gəlməsi” Junhyuk Kwon, Youngshin Kim, Alfonso Lanuza və Dominik Schneble, 31 mart 2022-ci il, Təbiət fizikası.
DOI: 10.1038/s41567-022-01565-4
Stony Brook tədqiqatına magistr tələbələri Coonhyuk Kwon (hazırda Sandia Milli Laboratoriyasında postdoktur), Youngshin Kim və Alfonso Lanuza daxildir.
İş Milli Elm Fondu (qrant # NSF PHY-1912546) tərəfindən Long Islanddakı SUNY Kvant İnformasiya Elmi Mərkəzindən əlavə vəsaitlə maliyyələşdirilib.
