शास्त्रज्ञ "दुसरी क्वांटम क्रांती" साठी प्रायोगिक प्लॅटफॉर्म विकसित करतात

शास्त्रज्ञांनी ऑप्टिकल जाळीमध्ये मॅटर-वेव्ह पोलरिटॉन्सच्या निर्मितीचा अहवाल दिला, हा एक प्रायोगिक शोध आहे जो अल्ट्राकोल्ड अणूंचा वापर करून थेट क्वांटम सिम्युलेशनद्वारे केंद्रीय क्वांटम विज्ञान आणि तंत्रज्ञान नमुनाचा अभ्यास करण्यास सक्षम करतो.

मॅटर-वेव्ह पोलरिटन्सचा शोध फोटोनिक क्वांटम तंत्रज्ञानावर नवीन प्रकाश टाकतो

नेचर फिजिक्स या जर्नलमध्ये प्रकाशित झालेले संशोधन 'दुसऱ्या क्वांटम क्रांती'साठी नवीन व्यासपीठ उपलब्ध करून देते.

क्वांटम सायन्स अँड टेक्नॉलॉजी (QIST) च्या क्षेत्रात प्रगती करणार्‍या प्रायोगिक प्लॅटफॉर्मचा विकास कोणत्याही उदयोन्मुख तंत्रज्ञानासाठी सामान्य फायदे आणि आव्हानांच्या अद्वितीय संचासह येतो. डॉमिनिक स्नेबल, पीएचडी यांच्या नेतृत्वाखालील स्टोनी ब्रूक विद्यापीठातील संशोधकांनी ऑप्टिकल जाळीमध्ये पदार्थ-लहरी पोलॅरिटॉन्सच्या निर्मितीचा अहवाल दिला, हा एक प्रायोगिक शोध आहे जो अल्ट्राकोल्ड अणूंचा वापर करून थेट क्वांटम सिम्युलेशनद्वारे केंद्रीय QIST पॅराडाइमचा अभ्यास करण्यास परवानगी देतो. शास्त्रज्ञांचा असा प्रकल्प आहे की त्यांच्या कादंबरीतील क्वासीपार्टिकल्स, जे सामग्री आणि उपकरणांमध्ये फोटॉन्सची जोरदार नक्कल करतात परंतु काही अंतर्भूत आव्हानांना दूर करतात, त्यांचा फायदा QIST प्लॅटफॉर्मच्या पुढील विकासासाठी होईल जे संगणकीय आणि संप्रेषण तंत्रज्ञानामध्ये क्रांती घडवून आणण्यासाठी तयार आहेत.



संशोधनाचे निष्कर्ष जर्नलमध्ये प्रकाशित झालेल्या पेपरमध्ये तपशीलवार आहेत निसर्ग भौतिकशास्त्र.

हा अभ्यास मूलभूत ध्रुवीय गुणधर्म आणि संबंधित अनेक-शरीर घटनांवर प्रकाश टाकतो आणि ध्रुवीय क्वांटम पदार्थाच्या अभ्यासासाठी नवीन शक्यता उघडतो.

फोटॉन-आधारित QIST प्लॅटफॉर्मसह कार्य करताना एक महत्त्वाचे आव्हान हे आहे की फोटॉन हे क्वांटम माहितीचे आदर्श वाहक असू शकतात ते सहसा एकमेकांशी संवाद साधत नाहीत. अशा परस्परसंवादांची अनुपस्थिती देखील त्यांच्या दरम्यान क्वांटम माहितीच्या नियंत्रित देवाणघेवाणीला प्रतिबंध करते. शास्त्रज्ञांनी फोटॉन्सना पदार्थांमधील जड उत्तेजिततेशी जोडून याभोवती एक मार्ग शोधला आहे, अशा प्रकारे प्रकाश आणि पदार्थ यांच्यामध्ये ध्रुवीय, काइमेरा-सदृश संकरित बनतात. या जड अर्धकणांमधील टक्कर नंतर फोटॉनला प्रभावीपणे संवाद साधणे शक्य करते. हे फोटॉन-आधारित क्वांटम गेट ऑपरेशन्स आणि शेवटी संपूर्ण QIST इन्फ्रास्ट्रक्चरची अंमलबजावणी सक्षम करू शकते.


तथापि, या फोटॉन-आधारित ध्रुवीयांचे मर्यादित आयुष्य हे एक मोठे आव्हान आहे जे पर्यावरणाशी त्यांच्या रेडिएटिव्ह जोडणीमुळे अनियंत्रित उत्स्फूर्त क्षय आणि विघटन होण्यास कारणीभूत ठरते.

पोलरिटॉन अभ्यासातील संशोधन निष्कर्षांचे कलात्मक प्रस्तुतीकरण ऑप्टिकल जाळीतील अणू एक इन्सुलेट टप्पा (डावीकडे) बनवते दर्शवते; हिरवा रंग (मध्यभागी) दर्शविल्या जाणार्‍या मायक्रोवेव्ह रेडिएशनद्वारे मध्यस्थ व्हॅक्यूम कपलिंगद्वारे मॅटर-वेव्ह पोलरिटॉनमध्ये बदलणारे अणू; पोलारिटॉन्स मोबाइल होत आहेत आणि मजबूत व्हॅक्यूम कपलिंग (उजवीकडे) साठी एक सुपरफ्लुइड टप्पा तयार करतात. क्रेडिट: अल्फोन्सो लानुझा/श्नेबल लॅब/स्टोनी ब्रूक विद्यापीठ.

श्नेबल आणि सहकाऱ्यांच्या मते, त्यांचे प्रकाशित ध्रुवीय संशोधन उत्स्फूर्त क्षयमुळे उद्भवलेल्या अशा मर्यादा पूर्णपणे टाळते. त्यांच्या ध्रुवीयांचे फोटॉन पैलू संपूर्णपणे अणू पदार्थ लहरींद्वारे वाहून जातात, ज्यासाठी अशा अवांछित क्षय प्रक्रिया अस्तित्वात नाहीत. हे वैशिष्ट्य फोटॉन-आधारित ध्रुवीय प्रणालींमध्ये प्रवेशयोग्य नसलेल्या किंवा अद्याप उपलब्ध नसलेल्या पॅरामीटर रेजिम्समध्ये प्रवेश उघडते.

“मागील शतकात क्वांटम मेकॅनिक्सच्या विकासाने वर्चस्व गाजवले आहे आणि QIST आणि त्याचे ऍप्लिकेशन विकसित करण्याच्या दिशेने एक 'दुसरी क्वांटम क्रांती' आता IBM, Google आणि Amazon सारख्या कॉर्पोरेशन्ससह जगभरात चांगली सुरू आहे,” Schneble म्हणतात, कला आणि विज्ञान महाविद्यालयातील भौतिकशास्त्र आणि खगोलशास्त्र विभागातील प्राध्यापक. "आमचे कार्य काही मूलभूत क्वांटम मेकॅनिकल प्रभाव हायलाइट करते जे QIST मधील सेमीकंडक्टर नॅनोफोटोनिक्सपासून सर्किट क्वांटम इलेक्ट्रोडायनामिक्सपर्यंतच्या उदयोन्मुख फोटोनिक क्वांटम सिस्टमसाठी स्वारस्यपूर्ण आहेत."


स्टोनी ब्रूक संशोधकांनी त्यांचे प्रयोग एका प्लॅटफॉर्मसह केले ज्यामध्ये ऑप्टिकल जाळीमध्ये अल्ट्राकोल्ड अणू आहेत, प्रकाशाच्या उभ्या लाटांद्वारे तयार केलेल्या अंडी-क्रेटसारखे संभाव्य लँडस्केप. विविध लेसर आणि नियंत्रण क्षेत्रे असलेले आणि नॅनोकेल्विन तापमानावर कार्यरत असलेल्या समर्पित व्हॅक्यूम उपकरणाचा वापर करून, त्यांनी अशी परिस्थिती अंमलात आणली ज्यामध्ये जाळीत अडकलेले अणू नाजूक, अस्पष्ट पदार्थ लहरींनी बनलेल्या निर्वात उत्तेजित ढगांसह "ड्रेस" मध्ये अडकतात.

संघाला असे आढळले की, परिणामी, ध्रुवीय कण अधिक मोबाइल बनतात. संशोधक जाळीला हळुवारपणे हलवून त्यांच्या आतील संरचनेची थेट तपासणी करू शकले, अशा प्रकारे पदार्थ लहरींचे योगदान आणि अणू जाळीच्या उत्तेजनामध्ये प्रवेश करू शकले. जेव्हा एकटे सोडले जाते, तेव्हा मॅटर-वेव्ह ध्रुवीय जाळीतून फिरतात, एकमेकांशी संवाद साधतात आणि क्वासिपार्टिकल पदार्थाचे स्थिर टप्पे तयार करतात.

"आमच्या प्रयोगाने आम्ही एका कादंबरीत एक्सिटॉन-पोलारिटन ​​प्रणालीचे क्वांटम सिम्युलेशन केले," स्नेबल स्पष्ट करतात. “अशी कामगिरी करण्याचा शोध analogue’ simulations, which in addition areanalog` या अर्थाने की संबंधित पॅरामीटर्स मुक्तपणे डायल केले जाऊ शकतात, स्वतःच QIST मध्ये एक महत्त्वाची दिशा आहे.

संदर्भ: "ऑप्टिकल जाळीमध्ये पदार्थ-लहरी पोलरिटन्सची निर्मिती" जूनह्यूक क्वोन, यंगशिन किम, अल्फोन्सो लानुझा आणि डॉमिनिक स्नेबल, 31 मार्च 2022, निसर्ग भौतिकशास्त्र.
DOI: 10.1038/s41567-022-01565-4



स्टोनी ब्रूक संशोधनामध्ये पदवीधर विद्यार्थी जोनह्युक क्वॉन (सध्या सॅन्डिया नॅशनल लॅबोरेटरीमध्ये पोस्टडॉक), यंगशिन किम आणि अल्फोन्सो लानुझा यांचा समावेश होता.

या कामासाठी नॅशनल सायन्स फाउंडेशन (अनुदान #NSF PHY-1912546) लाँग आयलंडवरील SUNY सेंटर फॉर क्वांटम इन्फॉर्मेशन सायन्स कडून अतिरिक्त निधीसह निधी दिला गेला.