Wëssenschaftler berichten d'Bildung vu Matière-Welle Polaritonen an engem opteschen Gitter, eng experimentell Entdeckung déi Studien vun enger zentraler Quantewëssenschaft an Technologieparadigma duerch direkt Quantesimulatioun mat ultrakalen Atomer erméiglecht.
Entdeckung vu Matter-Wave Polaritons werft Neit Liicht op Photonesch Quantetechnologien
Fuerschung publizéiert an der Zäitschrëft Nature Physics bitt eng nei Plattform fir déi "zweet Quante Revolutioun."
D'Entwécklung vun experimentellen Plattformen, déi d'Feld vun der Quantewëssenschaft an der Technologie (QIST) virzéien, kënnt mat enger eenzegaarteger Set vu Virdeeler an Erausfuerderunge fir all opkomende Technologie. Fuerscher vun der Stony Brook University, gefouert vum Dominik Schneble, PhD, berichten d'Bildung vu Matière-Welle Polaritonen an engem opteschen Gitter, eng experimentell Entdeckung déi Studien vun engem zentrale QIST Paradigma duerch direkt Quantesimulatioun mat ultrakalen Atomer erlaabt. D'Wëssenschaftler projizéieren datt hir nei Quasipartikelen, déi staark interagéierend Photonen a Materialien an Apparater mimikéieren, awer e puer vun den inherenten Erausfuerderunge ëmgoen, d'Weiderentwécklung vu QIST Plattforme profitéieren, déi bereet sinn Informatik- a Kommunikatiounstechnologie ze revolutionéieren.
D'Fuerschungsresultater sinn detailléiert an engem Pabeier publizéiert am Journal Naturphysik.
D'Studie beliicht d'fundamental Polaritoneigenschaften a verwandte villkierper Phänomener, an et mécht nei Méiglechkeeten op fir Studien vun der polaritonescher Quantematerie.
Eng wichteg Erausfuerderung bei der Aarbecht mat Photon-baséiert QIST Plattformen ass datt wärend Photonen ideal Carriere vu Quanteninformatioun kënne sinn, interagéieren se normalerweis net mateneen. D'Feele vu sou Interaktiounen hemmt och de kontrolléierten Austausch vu Quanteninformatioun tëscht hinnen. D'Wëssenschaftler hunn e Wee ronderëm dëst fonnt andeems d'Photonne mat méi schwéieren Excitatiounen a Materialien ukoppelen, sou datt Polaritonen bilden, chimärähnlech Hybriden tëscht Liicht a Matière. Kollisiounen tëscht dëse méi schwéiere Quasipartikelen maachen et dann och méiglech fir d'Fotonen effektiv ze interagéieren. Dëst kann d'Ëmsetzung vu Photon-baséiert Quantepaart Operatiounen a schliisslech vun enger ganzer QIST Infrastruktur erméiglechen.
Wéi och ëmmer, eng grouss Erausfuerderung ass déi limitéiert Liewensdauer vun dëse Photon-baséiert Polaritonen wéinst hirer Stralungskupplung un d'Ëmwelt, wat zu onkontrolléierten spontanen Zerfall an Dekohärenz féiert.
Eng kënschtleresch Rendering vun de Fuerschungsresultater an der Polaritonstudie weist d'Atomer an engem opteschen Gitter, déi eng isoléierend Phase bilden (lénks); Atomer verwandelen zu Matière-Welle Polaritonen iwwer Vakuum Kopplung vermëttelt duerch Mikrowell Stralung duergestallt vun der gréng Faarf (Zentrum); Polaritonen ginn mobil a bilden eng superfluid Phase fir staark Vakuumkupplung (riets). Credit: Alfonso Lanuza/Schneble Lab/Stony Brook University.
No Schneble a Kollegen, hir publizéiert Polariton Fuerschung circumvents esou Aschränkungen verursaacht duerch spontan Zerfall komplett. D'Photonaspekter vun hire Polaritone gi ganz vun atomarer Matièrewellen gedroen, fir déi esou ongewollte Zerfallprozesser net existéieren. Dës Fonktioun mécht Zougang zu Parameter Regimer op, déi net, oder nach net, an photon-baséiert polaritonic Systemer zougänglech sinn.
"D'Entwécklung vun der Quantemechanik huet d'lescht Joerhonnert dominéiert, an eng 'zweet Quanterevolutioun' fir d'Entwécklung vu QIST a seng Uwendungen ass elo gutt ënnerwee ronderëm de Globus, och bei Entreprisen wéi IBM, Google an Amazon," seet Schneble, e Professer am Departement fir Physik an Astronomie am College of Arts and Sciences. "Eis Aarbecht beliicht e puer fundamental Quantemechanesch Effekter déi interessant sinn fir entstanen photonesch Quantesystemer am QIST, rangéiert vun Hallefleit Nanophotonik bis Circuit Quantephysik Elektrodynamik."
D'Stony Brook Fuerscher hunn hir Experimenter mat enger Plattform mat ultrakalen Atomer an engem opteschen Gitter gemaach, eng Ee-Këscht-ähnlech potenziell Landschaft geformt duerch stänneg Liichtwellen. Mat Hëllef vun engem speziellen Vakuumapparat mat verschiddene Laser a Kontrollfelder an operéiert bei Nanokelvin Temperatur, hunn se e Szenario implementéiert, an deem d'Atomer, déi an de Gitter gefaange sinn, sech mat Wolleken vu Vakuum-Excitatiounen aus fragilen, evaneszenter Matièrewellen verkleeden.
D'Team huet festgestallt datt d'polaritonesch Partikelen als Resultat vill méi mobil ginn. D'Fuerscher konnten hir bannenzeg Struktur direkt ënnersichen andeems se d'Gitter sanft schüttelen, sou datt d'Bäiträg vun de Matièrewellen an d'Atomargitter-Excitatioun zougräifen. Wann se eleng gelooss ginn, sprangen d'Materiewelle Polaritonen duerch d'Gitter, interagéieren mateneen a bilden stabil Phasen vu Quasiparticle Matière.
"Mat eisem Experiment hu mir eng Quantesimulatioun vun engem Exziton-Polariton-System an engem neie Regime gemaach", erkläert Schneble. "D'Sich fir esou ze maachen analogue’ simulations, which in addition areanalog` am Sënn datt déi entspriechend Parameteren fräi ageschalt kënne ginn, eleng eng wichteg Richtung bannent QIST.
Referenz: "Formation of matter-wave polaritons in an optical lattice" vum Joonhyuk Kwon, Youngshin Kim, Alfonso Lanuza an Dominik Schneble, 31. Mäerz 2022, Naturphysik.
DOI: 10.1038/s41567-022-01565-4
D'Stony Brook Fuerschung enthält Graduéierter Studenten Joonhyuk Kwon (aktuell e Postdoc am Sandia National Laboratory), Youngshin Kim, an Alfonso Lanuza.
D'Aarbecht gouf finanzéiert vun der National Science Foundation (Subventioun # NSF PHY-1912546) mat zousätzlech Fongen vum SUNY Center for Quantum Information Science op Long Island.
