Para ilmuwan nglapurake pambentukan polariton gelombang-materi ing kisi optik, sawijining panemuan eksperimen sing bisa nyinaoni paradigma ilmu lan teknologi kuantum pusat liwat simulasi kuantum langsung nggunakake atom ultracold.
Panemuan Polariton Gelombang Materi Nuduhake Cahya Anyar babagan Teknologi Kuantum Fotonik
Riset sing diterbitake ing jurnal Nature Physics nyedhiyakake platform novel kanggo 'revolusi kuantum kapindho.'
Pangembangan platform eksperimen sing maju ing bidang ilmu pengetahuan lan teknologi kuantum (QIST) dilengkapi karo kaluwihan lan tantangan unik sing umum kanggo teknologi apa wae sing muncul. Peneliti ing Universitas Stony Brook, dipimpin dening Dominik Schneble, PhD, nglaporake pambentukan polariton gelombang materi ing kisi optik, sawijining panemuan eksperimen sing ngidini nyinaoni paradigma QIST pusat liwat simulasi kuantum langsung nggunakake atom ultracold. Para ilmuwan proyek manawa quasipartikel novel, sing niru foton sing interaksi banget ing materi lan piranti nanging ngatasi sawetara tantangan sing ana, bakal entuk manfaat kanggo pangembangan platform QIST sing siap kanggo ngrevolusi teknologi komputasi lan komunikasi.
Temuan riset kasebut rinci ing makalah sing diterbitake ing jurnal kasebut Fisika Alam.
Panliten kasebut nerangake babagan sifat polariton dhasar lan fenomena akeh awak, lan mbukak kemungkinan anyar kanggo sinau babagan materi kuantum polaritonic.
Tantangan penting nalika nggarap platform QIST berbasis foton yaiku nalika foton bisa dadi operator informasi kuantum sing becik, nanging biasane ora sesambungan. Ora ana interaksi kasebut uga nyegah ijol-ijolan informasi kuantum sing dikontrol ing antarane. Para ilmuwan nemokake cara kanggo nglawan iki kanthi nggabungake foton menyang eksitasi sing luwih abot ing materi, saéngga mbentuk polariton, hibrida kaya chimera ing antarane cahya lan materi. Tabrakan antarane kuasipartikel sing luwih abot iki banjur ndadekake foton bisa sesambungan kanthi efektif. Iki bisa ngaktifake implementasi operasi gerbang kuantum adhedhasar foton lan pungkasane kabeh infrastruktur QIST.
Nanging, tantangan utama yaiku umur winates saka polariton adhedhasar foton iki amarga kopling radiasi menyang lingkungan, sing nyebabake bosok lan dekoherensi spontan sing ora bisa dikontrol.
Rendering seni saka temuan riset ing studi polariton nuduhake atom ing kisi optik sing mbentuk fase insulasi (kiwa); atom dadi polariton gelombang materi liwat kopling vakum sing ditengahi dening radiasi gelombang mikro sing diwakili dening werna ijo (tengah); polariton dadi mobile lan mbentuk fase superfluid kanggo kopling vakum kuwat (tengen). Kredit: Alfonso Lanuza / Schneble Lab / Universitas Stony Brook.
Miturut Schneble lan kanca-kanca, riset polariton sing diterbitake ngatasi watesan sing disebabake dening bosok spontan. Aspek foton saka polaritone kabeh digawa dening gelombang materi atom, sing ora ana proses pembusukan sing ora dikarepake. Fitur iki mbukak akses menyang rezim parameter sing durung, utawa durung, diakses ing sistem polaritonic basis foton.
"Pengembangan mekanika kuantum wis didominasi ing abad pungkasan, lan 'revolusi kuantum kapindho' kanggo pangembangan QIST lan aplikasie saiki ditindakake ing saindenging jagad, kalebu ing perusahaan kayata IBM, Google lan Amazon," ujare Schneble, Profesor ing Departemen Fisika lan Astronomi ing College of Arts and Sciences. "Karya kita nyorot sawetara efek mekanik kuantum dhasar sing menarik kanggo sistem kuantum fotonik sing muncul ing QIST wiwit saka nanofotonik semikonduktor nganti elektrodinamika kuantum sirkuit."
Para peneliti Stony Brook nganakake eksperimen karo platform sing nampilake atom ultracold ing kisi optik, lanskap potensial kaya endhog sing dibentuk dening gelombang cahya sing ngadeg. Nggunakake apparatus vakum darmabakti nampilaken macem-macem laser lan lapangan kontrol lan operasi ing nanokelvin suhu, padha ngleksanakake skenario kang atom kepepet ing kisi "sugih" piyambak karo mega saka vakum excitations digawe saka pecah, evanescent ombak materi.
Tim kasebut nemokake manawa, minangka asil, partikel polaritonic dadi luwih mobile. Para peneliti bisa langsung nyelidiki struktur batin kanthi alon-alon goyangake kisi, saéngga ngakses kontribusi gelombang materi lan eksitasi kisi atom. Nalika ditinggalake, polariton-gelombang materi mlumpat liwat kisi-kisi, saling berinteraksi, lan mbentuk fase stabil saka materi kuasipartikel.
"Kanthi eksperimen kita nindakake simulasi kuantum saka sistem exciton-polarton ing rezim novel," jelas Schneble. "Ngupaya kanggo nindakake kuwi analogue’ simulations, which in addition areanalog` ing pangertèn manawa paramèter sing relevan bisa ditelpon kanthi bebas, kanthi dhéwé minangka arah penting ing QIST.
Referensi: "Formation of matter-wave polartons in an optical lattice" dening Joonhyuk Kwon, Youngshin Kim, Alfonso Lanuza lan Dominik Schneble, 31 Maret 2022, Fisika Alam.
DOI: 10.1038/s41567-022-01565-4
Riset Stony Brook kalebu mahasiswa pascasarjana Joonhyuk Kwon (saiki dadi postdoc ing Sandia National Laboratory), Youngshin Kim, lan Alfonso Lanuza.
Karya iki didanai dening National Science Foundation (grant # NSF PHY-1912546) kanthi dana tambahan saka Pusat SUNY kanggo Ilmu Informasi Kuantum ing Long Island.
