Olimlar optik panjarada materiya-toʻlqinli polaritonlarning hosil boʻlishi haqida xabar berishdi, bu eksperimental kashfiyot boʻlib, bu ultrasovuq atomlar yordamida toʻgʻridan-toʻgʻri kvant simulyatsiyasi orqali markaziy kvant fan va texnologiya paradigmasini oʻrganish imkonini beradi.
Materiya-to'lqin polaritonlarining kashf etilishi fotonik kvant texnologiyalariga yangi yorug'lik beradi.
Nature Physics jurnalida chop etilgan tadqiqot “ikkinchi kvant inqilobi” uchun yangi platformani taqdim etadi.
Kvant fani va texnologiyasi (QIST) sohasini rivojlantiruvchi eksperimental platformalarni ishlab chiqish har qanday yangi texnologiyaga xos bo'lgan noyob afzalliklar va muammolar to'plami bilan birga keladi. Doktor Dominik Shneble boshchiligidagi Stony Bruk universiteti tadqiqotchilari optik panjarada materiya-to‘lqin qutblarining hosil bo‘lishi haqida xabar berishdi, bu eksperimental kashfiyot markaziy QIST paradigmasini ultrasovuq atomlar yordamida to‘g‘ridan-to‘g‘ri kvant simulyatsiyasi orqali o‘rganish imkonini beradi. Olimlarning prognozlariga ko‘ra, materiallar va qurilmalardagi kuchli o‘zaro ta’sir qiluvchi fotonlarni taqlid qiladigan, lekin ba’zi o‘ziga xos qiyinchiliklarni chetlab o‘tuvchi ularning yangi kvazizarralari hisoblash va kommunikatsiya texnologiyalarini inqilob qilishga tayyor bo‘lgan QIST platformalarining yanada rivojlanishiga foyda keltiradi.
Tadqiqot natijalari jurnalda chop etilgan maqolada batafsil bayon etilgan Tabiat fizikasi.
Tadqiqot qutblarning asosiy xususiyatlari va ular bilan bog'liq bo'lgan ko'p jismli hodisalarni yoritadi va qutbli kvant materiyasini o'rganish uchun yangi imkoniyatlar ochadi.
Fotonga asoslangan QIST platformalari bilan ishlashda muhim muammo shundaki, fotonlar kvant ma'lumotlarining ideal tashuvchisi bo'lishi mumkin bo'lsa-da, ular odatda bir-biri bilan o'zaro ta'sir qilmaydi. Bunday o'zaro ta'sirlarning yo'qligi ular orasidagi kvant ma'lumotlarining boshqariladigan almashinuvini ham inhibe qiladi. Olimlar fotonlarni materiallardagi og'irroq qo'zg'alishlarga bog'lash va shu tariqa yorug'lik va materiya o'rtasida qutblar, ximeraga o'xshash duragaylarni hosil qilish orqali buni hal qilish yo'lini topdilar. Ushbu og'irroq kvazizarralar o'rtasidagi to'qnashuvlar fotonlarning samarali o'zaro ta'sir qilishiga imkon beradi. Bu fotonga asoslangan kvant darvozasi operatsiyalarini va oxir-oqibat butun QIST infratuzilmasini amalga oshirishga imkon beradi.
Biroq, asosiy muammo bu fotonga asoslangan polaritonlarning atrof-muhitga radiatsiyaviy ulanishi tufayli cheklangan umr ko'rishdir, bu esa nazoratsiz o'z-o'zidan parchalanish va dekogeratsiyaga olib keladi.
Polariton tadqiqotida tadqiqot natijalarining badiiy tasviri optik panjaradagi atomlarni izolyatsion faza hosil qilgan holda ko'rsatadi (chapda); yashil rang (markazda) bilan ifodalangan mikroto'lqinli nurlanish vositachiligida vakuumli birikma orqali materiya-to'lqinli polaritonlarga aylanadigan atomlar; polaritonlar harakatchan bo'lib, kuchli vakuumli ulanish uchun super suyuqlik fazasini hosil qiladi (o'ngda). Kredit: Alfonso Lanuza / Schneble laboratoriyasi / Stony Bruk universiteti.
Shneble va uning hamkasblariga ko'ra, ularning e'lon qilingan polariton tadqiqotlari o'z-o'zidan parchalanish natijasida yuzaga kelgan bunday cheklovlarni butunlay chetlab o'tadi. Ularning polaritonlarining foton tomonlari butunlay atom materiya to'lqinlari orqali olib boriladi, ular uchun bunday kiruvchi parchalanish jarayonlari mavjud emas. Bu xususiyat fotonga asoslangan polaritonik tizimlarda mavjud bo'lmagan yoki hali mavjud bo'lmagan parametr rejimlariga kirishni ochadi.
"Kvant mexanikasining rivojlanishi o'tgan asrda hukmronlik qildi va QIST va uning ilovalarini rivojlantirish yo'lida "ikkinchi kvant inqilob" hozirda butun dunyo bo'ylab, shu jumladan IBM, Google va Amazon kabi korporatsiyalarda davom etmoqda", deydi Shneble, San’at va fanlar kollejining fizika va astronomiya kafedrasi professori. "Bizning ishimiz yarimo'tkazgichli nanofotonikadan tortib elektron kvant elektrodinamikasigacha bo'lgan QISTda paydo bo'ladigan fotonik kvant tizimlari uchun qiziq bo'lgan ba'zi fundamental kvant mexanik effektlarini ta'kidlaydi."
Stony Bruk tadqiqotchilari o'zlarining tajribalarini optik panjarada o'ta sovuq atomlarni o'z ichiga olgan platformada o'tkazdilar, bu esa yorug'lik to'lqinlari orqali hosil bo'lgan tuxum qutisiga o'xshash potentsial landshaft. Turli lazerlar va nazorat maydonlariga ega va nanokelvin haroratida ishlaydigan maxsus vakuum apparati yordamida ular panjara ichiga qamalgan atomlar mo'rt, o'chib ketuvchi materiya to'lqinlaridan tashkil topgan vakuum qo'zg'alish bulutlari bilan "kiyinish" stsenariysini amalga oshirdilar.
Jamoa buning natijasida polariton zarralari ancha harakatchan bo‘lib qolganini aniqladi. Tadqiqotchilar panjarani muloyimlik bilan silkitib, ularning ichki tuzilishini to'g'ridan-to'g'ri tekshirishga muvaffaq bo'lishdi va shu bilan materiya to'lqinlari va atom panjarasining qo'zg'alish hissalariga kirishdi. Yakka holda qolganda materiya-toʻlqin qutblari panjara boʻylab sakrab oʻtadi, bir-biri bilan oʻzaro taʼsir qiladi va kvazizarracha moddalarning barqaror fazalarini hosil qiladi.
"O'z tajribamiz bilan biz yangi rejimda eksiton-polariton tizimining kvant simulyatsiyasini amalga oshirdik", deb tushuntiradi Shneble. “Bunday ishlarni amalga oshirishga intilish analogue’ simulations, which in addition areanalog` tegishli parametrlarni erkin terish mumkinligi ma'nosida QIST ichida muhim yo'nalishni tashkil etadi.
Ma'lumotnoma: "Optik panjarada materiya-to'lqinli polaritonlarning shakllanishi" Junhyuk Kvon, Youngshin Kim, Alfonso Lanuza va Dominik Schneble, 31 mart 2022 yil, Tabiat fizikasi.
DOI: 10.1038/s41567-022-01565-4
Stony Brook tadqiqotiga aspirantlar Joonhyuk Kvon (hozirda Sandia milliy laboratoriyasida postdok), Youngshin Kim va Alfonso Lanuza kirdi.
Ish Milliy fan fondi (grant # NSF PHY-1912546) tomonidan Long-Aylenddagi SUNY Kvant axborot fanlari markazining qo'shimcha mablag'lari bilan moliyalashtirildi.
