Окумуштуулар оптикалык тордо материя-толкун поляритондорунун пайда болушун кабарлашат, бул эксперименталдык ачылыш, бул өтө муздак атомдорду колдонуу менен түз кванттык симуляция аркылуу борбордук кванттык илим жана технология парадигмасын изилдөөгө мүмкүндүк берет.
Зат-толкун поляритондорунун ачылышы фотондук кванттык технологияларга жаңы жарык чачты
Nature Physics журналында жарыяланган изилдөөлөр "экинчи кванттык революциянын" жаңы платформасын берет.
Кванттык илим жана технология (QIST) чөйрөсүн өркүндөтүүчү эксперименталдык платформаларды иштеп чыгуу ар кандай пайда болгон технологиялар үчүн жалпы артыкчылыктардын жана кыйынчылыктардын уникалдуу топтому менен коштолот. Доминик Шнебл жетектеген Стони Брук университетинин изилдөөчүлөрү оптикалык тордо материя-толкун поляритондорунун пайда болушун кабарлашууда, бул эксперименталдык ачылыш, бул борбордук QIST парадигмасын ультра суук атомдор аркылуу түз кванттык симуляция аркылуу изилдөөгө мүмкүндүк берет. Окумуштуулар материалдардагы жана түзүлүштөрдөгү күчтүү өз ара аракеттенүүчү фотондорду туураган, бирок кээ бир мүнөздүү кыйынчылыктарды айланып өтүүчү алардын жаңы квазибөлүкчөлөрү эсептөө жана коммуникация технологияларын өзгөртүүгө даяр турган QIST платформаларынын андан аркы өнүгүшүнө пайда алып келет деп болжолдошууда.
Изилдөөнүн жыйынтыктары журналда жарыяланган макалада кеңири берилген Жаратылыш физикасы.
Изилдөө фундаменталдуу поляритондук касиеттерге жана ага байланыштуу көп денелик кубулуштарга жарык чачат жана поляритондук кванттык материяны изилдөө үчүн жаңы мүмкүнчүлүктөрдү ачат.
Фотондорго негизделген QIST платформалары менен иштөөдө маанилүү маселе, фотондор кванттык маалыматтын идеалдуу алып жүрүүчүсү боло алат, бирок алар адатта бири-бири менен өз ара аракеттенишпейт. Мындай өз ара аракеттенүүнүн жоктугу алардын ортосундагы кванттык маалыматтын башкарылуучу алмашуусуна да бөгөт коёт. Окумуштуулар фотондорду материалдардагы оор дүүлүктүрүүгө бириктирип, жарык менен заттын ортосунда поляритондорду, химера сымал гибриддерди пайда кылуу менен мунун жолун табышты. Бул оор квазибөлүкчөлөрдүн ортосундагы кагылышуу фотондордун эффективдүү өз ара аракеттенүүсүн камсыздайт. Бул фотондорго негизделген кванттык дарбаза операцияларын жана акыры бүтүндөй QIST инфраструктурасын ишке ашырууга мүмкүндүк берет.
Бирок, бул фотон негизиндеги поляритондордун айлана-чөйрөгө радиациялык кошулуусунан улам чектелген жашоо мөөнөтү негизги көйгөй болуп саналат, бул контролсуз өзүнөн-өзү ажыроо жана декогеренцияга алып келет.
Поляритондук изилдөөдөгү изилдөөлөрдүн жыйынтыктарын көркөм чагылдыруу изоляциялык фазаны түзүүчү оптикалык тордогу атомдорду көрсөтөт (солдо); жашыл түс менен берилген микротолкундуу нурлануу аркылуу вакуумдук байланыш аркылуу зат-толкун поляритондоруна айланган атомдор (борбордо); поляритондор кыймылдуу болуп, күчтүү вакуумдук кошулуу үчүн ашыкча суюктук фазасын түзүшөт (оңдо). Кредит: Альфонсо Лануза/Шнебле лабораториясы/Стони Брук университети.
Schneble жана кесиптештеринин айтымында, алардын жарыяланган поляритондук изилдөөлөрү стихиялуу ажыроо менен шартталган мындай чектөөлөрдү толугу менен айланып өтүшөт. Алардын поляритондорунун фотондук жактары толугу менен атомдук зат толкундары менен жүргүзүлөт, алар үчүн мындай керексиз ажыроо процесстери жок. Бул функция фотон негизиндеги поляритондук системаларда жеткиликтүү эмес же азырынча жеткиликтүү эмес параметр режимдерине кирүү мүмкүнчүлүгүн ачат.
"Кванттык механиканын өнүгүшү өткөн кылымда үстөмдүк кылды жана QIST жана анын тиркемелерин өнүктүрүүгө карай "экинчи кванттык революция" азыр дүйнө жүзү боюнча, анын ичинде IBM, Google жана Amazon сыяктуу корпорацияларда жүрүп жатат", - дейт Шнебл. Искусство жана илимдер колледжинин физика жана астрономия кафедрасынын профессору. "Биздин иш QISTдеги жарым өткөргүч нанофотоникадан схемалык кванттык электродинамикага чейин пайда болгон фотоникалык кванттык системалар үчүн кызыктуу болгон кээ бир фундаменталдык кванттык механикалык эффекттерди баса белгилейт."
Стони Бруктун изилдөөчүлөрү өз эксперименттерин оптикалык тордо өтө муздак атомдорду камтыган платформа менен өткөрүштү. Ар кандай лазерлерди жана башкаруу талааларын камтыган жана нанокельвин температурасында иштеген атайын вакуумдук аппаратты колдонуп, алар торчодо камалып калган атомдор назик, сейилдөөчү материя толкундарынан түзүлгөн вакуумдук толкундануу булуттары менен “кийинген” сценарийди ишке ашырышты.
Команда мунун натыйжасында поляритондук бөлүкчөлөр алда канча мобилдүү болуп калганын аныкташкан. Окумуштуулар торду акырын силкилдетүү аркылуу алардын ички түзүлүшүн түздөн-түз изилдей алышты, ошентип, зат толкундарынын жана атомдук тордун дүүлүгүүнүн салымдарына жетүү. Жалгыз калганда материя-толкун поляритондору торчо аркылуу секирип өтүп, бири-бири менен өз ара аракеттенишет жана квазибөлүкчөлөрдүн материясынын туруктуу фазаларын түзүшөт.
"Биз экспериментибиз менен жаңы режимде экситон-поляритон системасынын кванттык симуляциясын жасадык", - деп түшүндүрөт Шнебле. «Мындай иштерди аткарууга умтулуу analogue’ simulations, which in addition areаналогу тиешелүү параметрлерди эркин терүүгө болот деген мааниде QIST ичинде маанилүү багытты түзөт.
Шилтеме: “Материя-толкун поляритондорунун оптикалык тордо пайда болушу” Жунхюк Квон, Янгшин Ким, Альфонсо Лануза жана Доминик Шнебле, 31-март 2022-жыл, Жаратылыш физикасы.
DOI: 10.1038/s41567-022-01565-4
Стони Брук изилдөөсүнө аспиранттар Жунхюк Квон (учурда Сандия улуттук лабораториясында постдок), Янгшин Ким жана Альфонсо Лануза кирген.
Иш Улуттук Илим Фонду тарабынан каржыланган (грант № NSF PHY-1912546) Лонг-Айленддеги SUNY Кванттык маалымат илим борборунун кошумча каражаттары менен.
