Zientzialariek sare optiko batean materia-uhinen polaritonak eratzen direla jakinarazi dute, zientzia eta teknologia kuantikoaren paradigma zentral baten azterketak ahalbidetzen dituen aurkikuntza esperimentala, atomo ultrahotzak erabiliz simulazio kuantiko zuzenaren bidez.
Materia-uhinen polaritonen aurkikuntzak teknologia kuantiko fotonikoei argi berria ematen die
Nature Physics aldizkarian argitaratutako ikerketek "bigarren iraultza kuantikorako" plataforma berri bat eskaintzen dute.
Zientzia eta teknologia kuantikoaren alorrean (QIST) aurrera egiten duten plataforma esperimentalen garapenak edozein teknologia berrientzako abantaila eta erronka multzo berezi batekin dator. Stony Brook Unibertsitateko ikertzaileek, Dominik Schneble doktoreak zuzenduta, materia-uhinen polaritonak sare optiko batean eratzen direla jakinarazi dute, atomo ultrahotzak erabiliz QIST paradigma zentral baten azterketak ahalbidetzen dituen aurkikuntza esperimentala. Zientzialariek aurreikusten dute beren kuasipartikula berriek, material eta gailuetan elkarrekintza handia duten fotoiak imitatzen dituztenak baina berezko erronka batzuk saihesten dituztenak, informatika eta komunikazio teknologia iraultzeko prest dauden QIST plataformen garapenari mesede egingo diotela.
Ikerketaren ondorioak aldizkarian argitaratutako artikulu batean zehazten dira Naturaren Fisika.
Azterketak polaritonen oinarrizko propietateak eta hari lotutako gorputz askotako fenomenoak argitzen ditu, eta materia kuantiko polaritonikoaren azterketarako aukera berriak zabaltzen ditu.
Fotoietan oinarritutako QIST plataformekin lan egiteko erronka garrantzitsu bat hauxe da: fotoiak informazio kuantikoaren eramaile idealak izan daitezkeen arren, normalean ez dutela elkarren artean elkarreragiten. Elkarrekintza horiek ez izateak haien arteko informazio kuantikoaren truke kontrolatua galarazten du. Zientzialariek bide bat aurkitu dute fotoiak materialen kitzikapen astunekin lotuz, eta horrela polaritonak sortuz, argiaren eta materiaren arteko kimera antzeko hibridoak. Orduan, kuasipartikula astunago horien arteko talkek posible egiten dute fotoiek modu eraginkorrean elkarrekintzan jardutea. Honek fotoietan oinarritutako ate kuantikoen eragiketak eta, azkenean, QIST azpiegitura oso baten ezarpena ahalbidetu dezake.
Dena den, erronka handi bat fotoietan oinarritutako polaritoi hauen bizitza mugatua da, ingurunearekin duten akoplamendu erradiatiboa dela eta, eta horrek kontrolik gabeko desintegrazio espontaneoa eta dekoherentzia dakar.
Polariton ikerketako ikerketen aurkikuntzen erreprodukzio artistiko batek sare optiko bateko atomoak erakusten ditu fase isolatzaile bat osatzen (ezkerrean); atomoak materia-uhinen polaritoi bilakatzen dira kolore berdeak (erdikoa) adierazten duen mikrouhin-erradiazioaren bidezko hutseko akoplamenduaren bidez; polaritonak mugikor bilakatzen dira eta fase superfluido bat osatzen dute hutseko akoplamendu sendorako (eskuinean). Kreditua: Alfonso Lanuza/Schneble Lab/Stony Brook University.
Schneble eta lankideen arabera, argitaratutako polariton ikerketak berezko desintegrazioak eragindako muga horiek erabat saihesten ditu. Beren polaritoien fotoi-alderdiak materia atomikoaren uhinek garraiatzen dituzte erabat, eta, horretarako, ez dira existitzen nahi ez diren desintegrazio prozesurik. Ezaugarri honek fotoietan oinarritutako sistema polaritonikoetan eskuragarri ez diren edo oraindik ez diren parametro-erregimenetarako sarbidea irekitzen du.
"Joan den mendean mekanika kuantikoaren garapena nagusitu da, eta QIST eta bere aplikazioen garapenerako 'bigarren iraultza kuantikoa' abian da orain mundu osoan, IBM, Google eta Amazon bezalako korporazioetan ere", dio Schneblek. Arte eta Zientzien Fakultateko Fisika eta Astronomia Saileko irakaslea. "Gure lanak QISTen sistema kuantiko fotoniko emergenteetarako interesgarriak diren oinarrizko efektu mekaniko kuantiko batzuk nabarmentzen ditu, erdieroale nanofotonikatik zirkuitu elektrodinamika kuantikoraino".
Stony Brook-eko ikertzaileek sare optiko batean atomo ultrahotzak dituen plataforma batekin egin zituzten esperimentuak, argi-uhin geldikorrez osatutako arrautza kaxa moduko paisaia potentzial batekin. Hainbat laser eta kontrol-eremu dituen huts-aparatu dedikatu bat erabiliz eta nanokelvin-tenperaturan funtzionatzen duena, sarean harrapatutako atomoak "janzten" diren agertoki bat ezarri zuten, materia-uhin hauskor eta ebaneszentez osatutako huts-kitzikazio-hodeiez.
Taldeak aurkitu zuen, ondorioz, partikula polaritonikoak askoz mugikorrago bihurtzen direla. Ikertzaileek beren barne-egitura zuzenean ikertu ahal izan zuten sarea astiro-astiro astinduz, eta horrela materia-uhinen ekarpenetara eta sare atomikoaren kitzikapena lortu zuten. Bakarrik geratzen direnean, materia-uhin-polaritonak sarean zehar salto egiten dute, elkarri eragiten diote eta materia kuasipartikularen fase egonkorrak osatzen dituzte.
"Gure esperimentuarekin exziton-polariton sistema baten simulazio kuantiko bat egin dugu erregimen berri batean", azaldu du Schneblek. «Horrelako lanak egiteko bilatzea analogue’ simulations, which in addition areanalogikoa, dagokion parametroak libreki markatu daitezkeen zentzuan, berez norabide garrantzitsua da QISTren barruan.
Erreferentzia: "Formation of matter-wave polaritons in an optical lattice" Joonhyuk Kwon, Youngshin Kim, Alfonso Lanuza eta Dominik Schneble-k, 31ko martxoaren 2022n, Naturaren Fisika.
DOI: 10.1038/s41567-022-01565-4
Stony Brook ikerketan Joonhyuk Kwon graduondoko ikasleak (gaur egun Sandia National Laboratory-ko doktoregoa), Youngshin Kim eta Alfonso Lanuza izan ziren.
Lana National Science Foundation-ek finantzatu zuen (beka # NSF PHY-1912546) Long Islandeko SUNY Quantum Information Science zentroaren funts gehigarriekin.
