Эрдэмтэд оптик торонд материйн долгионы туйлшрал үүссэн тухай мэдээлсэн бөгөөд энэ нь хэт хүйтэн атомуудыг ашиглан шууд квант симуляцийн тусламжтайгаар төв квант шинжлэх ухаан, технологийн парадигмыг судлах боломжийг олгодог туршилтын нээлт юм.
Матери-долгионы поляритонуудын нээлт нь фотоник квант технологид шинэ гэрэл тусгав.
Nature Physics сэтгүүлд нийтлэгдсэн судалгаа нь "квантын хоёр дахь хувьсгал"-ын шинэ платформыг бий болгож байна.
Квантын шинжлэх ухаан, технологийн (QIST) салбарыг хөгжүүлэх туршилтын платформыг хөгжүүлэх нь шинээр гарч ирж буй аливаа технологид нийтлэг байдаг өвөрмөц давуу тал, сорилтуудыг дагуулдаг. Доктор Доминик Шнеблээр ахлуулсан Стони Брүүкийн их сургуулийн судлаачид оптик торонд материйн долгионы туйлшрал үүссэн тухай мэдээлсэн нь хэт хүйтэн атомуудыг ашиглан шууд квант симуляци хийх замаар төв QIST парадигмыг судлах боломжийг олгодог туршилтын нээлт юм. Материал ба төхөөрөмжид хүчтэй харилцан үйлчилдэг фотонуудыг дуурайдаг ч төрөлхийн зарим сорилтуудыг даван туулж чадсан тэдний шинэ хагас бөөмс нь тооцоолол, харилцаа холбооны технологид хувьсгал хийхээр төлөвлөж буй QIST платформыг цаашид хөгжүүлэхэд тустай гэж эрдэмтэд үзэж байна.
Судалгааны үр дүнг сэтгүүлд нийтлэгдсэн нийтлэлд дэлгэрэнгүй оруулсан болно Байгалийн физик.
Энэхүү судалгаа нь туйлын үндсэн шинж чанарууд болон түүнтэй холбоотой олон биет үзэгдлүүдийг тодруулж, туйлширсан квант бодисыг судлах шинэ боломжийг нээж өгч байна.
Фотон дээр суурилсан QIST платформтой ажиллахад тулгарч буй нэг чухал сорилт бол фотонууд квант мэдээллийн хамгийн тохиромжтой зөөвөрлөгч байж чаддаг ч тэд хоорондоо ихэвчлэн харьцдаггүй явдал юм. Ийм харилцан үйлчлэл байхгүй байгаа нь тэдгээрийн хоорондох квант мэдээллийн хяналттай солилцоог саатуулдаг. Эрдэмтэд үүнийг тойрон гарах арга замыг олсон бөгөөд фотонуудыг материал дахь илүү хүнд өдөөлтөд нэгтгэж, улмаар гэрэл ба бодисын хооронд поляритон, химер шиг эрлийз үүсгэдэг. Эдгээр илүү хүнд хагас бөөмсийн мөргөлдөөн нь фотонуудын харилцан үйлчлэлийг үр дүнтэй болгодог. Энэ нь фотонд суурилсан квант хаалганы үйл ажиллагаа, эцэст нь QIST-ийн бүхэл бүтэн дэд бүтцийг хэрэгжүүлэх боломжийг олгоно.
Гэсэн хэдий ч гол сорилт бол эдгээр фотон дээр суурилсан туйлшралуудын амьдрах хугацаа нь хязгаарлагдмал байдаг нь хүрээлэн буй орчинтой цацраг идэвхт холболттой байдаг бөгөөд энэ нь хяналтгүй аяндаа задрах, задрахад хүргэдэг.
Поляритон судлалын судалгааны үр дүнгийн уран сайхны дүрслэл нь тусгаарлагч фазыг бүрдүүлдэг оптик тор дахь атомуудыг харуулж байна (зүүн талд); Ногоон өнгөөр дүрслэгдсэн богино долгионы цацрагийн нөлөөгөөр вакуум холболтоор атомууд бодис-долгионы поляритон болж хувирдаг (төв); Поляритонууд хөдөлгөөнт болж, хүчтэй вакуум холболт хийх хэт шингэн фаз үүсгэдэг (баруун талд). Зээл: Альфонсо Лануза/Шнебл лаборатори/Стони Брукийн их сургууль.
Шнебле болон түүний хамтран ажиллагсдын үзэж байгаагаар тэдний хэвлэгдсэн туйлшралын судалгаа нь аяндаа задралын улмаас үүссэн ийм хязгаарлалтыг бүрэн тойрч гардаг. Тэдний туйлшралын фотон хэсгүүд нь бүхэлдээ атомын материйн долгионоор дамждаг тул ийм хүсээгүй задралын процесс байдаггүй. Энэ функц нь фотонд суурилсан поляритон системд хараахан нэвтрэх боломжгүй эсвэл хараахан болоогүй параметрийн горимд хандах боломжийг нээж өгдөг.
"Өнгөрсөн зуунд квант механикийн хөгжил давамгайлж байсан бөгөөд QIST болон түүний хэрэглээг хөгжүүлэх "хоёр дахь квантын хувьсгал" одоо дэлхий даяар, тэр дундаа IBM, Google, Amazon зэрэг корпорацуудад амжилттай явагдаж байна" гэж Шнебл хэлэв. Урлаг, шинжлэх ухааны коллежийн физик, одон орон судлалын тэнхимийн профессор. "Бидний ажил нь хагас дамжуулагч нанофотоникоос хэлхээний квант электродинамик хүртэлх QIST дахь шинээр гарч ирж буй фотоник квант системүүдэд сонирхолтой зарим үндсэн квант механик эффектүүдийг онцолж байна."
Стони Брүүкийн судлаачид гэрлийн долгионоос үүссэн өндөгний хайрцгийн адил боломжит ландшафт болох оптик торонд хэт хүйтэн атомуудыг агуулсан платформ дээр туршилт хийжээ. Төрөл бүрийн лазер, хяналтын талбар бүхий тусгай зориулалтын вакуум аппарат ашиглан нанокельвины температурт ажилладаг тэд торонд баригдсан атомууд эмзэг, арилдаг материйн долгионоос бүрдсэн вакуум өдөөлтөөс бүрдсэн үүлсээр "хувцаслах" хувилбарыг хэрэгжүүлсэн.
Үүний үр дүнд туйлширсан тоосонцор илүү хөдөлгөөнтэй болдгийг багийнхан тогтоожээ. Судлаачид торыг зөөлөн сэгсэрснээр тэдний дотоод бүтцийг шууд судалж, улмаар материйн долгион болон атомын торны өдөөлтийг олж мэдсэн. Ганцаараа үлдэх үед матери-долгионы туйлшралууд нь тороор дамжин үсэрч, хоорондоо харилцан үйлчилж, хагас бөөмсийн тогтвортой фазуудыг үүсгэдэг.
"Бид туршилтаараа шинэ горимд экситон-поляритон системийн квант симуляцийг хийсэн" гэж Шнебл тайлбарлав. “Ийм зүйлийг хийх эрэл analogue’ simulations, which in addition areаналог` нь холбогдох параметрүүдийг чөлөөтэй залгах боломжтой гэдэг утгаараа QIST-ийн чухал чиглэлийг бүрдүүлдэг."
Лавлагаа: Жунхюк Квон, Янгшин Ким, Альфонсо Лануза, Доминик Шнебле нарын “Оптик торонд материйн долгионы поляритон үүсэх нь” 31 оны 2022-р сарын XNUMX, Байгалийн физик.
DOI: 10.1038/s41567-022-01565-4
Stony Brook-ийн судалгаанд төгсөх ангийн оюутнууд Жунхюк Квон (одоо Сандиа үндэсний лабораторид докторын зэрэг хамгаалдаг), Янгшин Ким, Альфонсо Лануза нар хамрагдсан.
Энэхүү ажлыг Үндэсний Шинжлэх Ухааны Сан (грант # NSF PHY-1912546) санхүүжүүлж, Лонг Айланд дахь SUNY Квантын мэдээллийн шинжлэх ухааны төвийн нэмэлт санхүүжилтээр гүйцэтгэсэн.
