Главная Новости Новое исследование описывает свойства поляритонной квантовой матери

Новое исследование описывает свойства поляритонной квантовой матери

Разработка экспериментальных платформ, способствующих развитию квантовой науки, сопровождается поиском уникальных преимуществ и уникальных проблем, характерных для любой новой технологии, передает Альтернативная наука..

Исследователи из Университета Стони Брук под руководством Доминика Шнебла, сообщают о формировании поляритонов волны в оптической решетке. Экспериментальное открытие, которое позволяет изучать центральную парадигму квантовой механики путем прямого моделирования с использованием ультрахолодных атомов.

Исследователи предполагают, что их новые квазичастицы, которые имитируют сильно взаимодействующие фотоны в материалах и устройствах, но обходят некоторые из присущих им проблем, будут полезны для дальнейшего развития платформ, которые готовы изменить вычислительные и коммуникационные технологии.

Результаты исследования подробно описаны в статье, опубликованной в журнале Nature Physics.

Исследование проливает свет на фундаментальные свойства поляритонов и связанные с ними явления многих тел, а также открывает новые возможности для изучения поляритонной квантовой материи.

Важной проблемой в работе с фотонными платформами является то, что хотя фотоны могут быть идеальными носителями квантовой информации, они обычно не взаимодействуют друг с другом. Отсутствие такого взаимодействия также препятствует контролируемому обмену данными между ними.

Исследователи из Стоуни Брук провели свои эксперименты с платформой, включающей ультрахолодные атомы в оптической решетке

Физики нашли способ обойти эту проблему, соединив фотоны с более тяжелыми возбуждениями в материалах, образуя таким образом поляритоны - химероподобные гибриды между светом и материей.

Столкновения между этими более тяжелыми квазичастицами позволяют фотонам эффективно взаимодействовать, что есть реализовать операции квантовых ворот на основе фотонов.

Однако базовой проблемой является ограниченное время жизни поляритонов на основе фотонов из-за их радиационной связи с окружающей средой. Негативно сказывается и неконтролируемый спонтанный распад и декогеренция.

По словам Шнебла и коллег, опубликованные ими исследования поляритонов полностью обходят такие ограничения. Фотонные аспекты их поляритонов полностью переносятся атомными волнами материи, для которых такие нежелательные процессы распада не существуют. Эта особенность открывает доступ к режимам параметров, которые недоступны или пока недоступны в фотонных поляритонных системах.

"Развитие квантовой механики доминировало в прошлом веке, и "вторая квантовая революция" сейчас идет полным ходом по всему миру, включая такие корпорации, как IBM, Google и Amazon", - говорит Шнебл, профессор кафедры физики и астрономии в Колледже искусств и наук.

"Наша работа подчеркивает некоторые фундаментальные квантово-механические эффекты, которые представляют интерес для возникающих фотонных квантовых систем - от полупроводниковой нанофотоники до квантовой электродинамики контуров".

Исследователи из Стоуни Брук провели свои эксперименты с платформой, включающей ультрахолодные атомы в оптической решетке - яйцеподобном потенциальном ландшафте, образованном волнами света.

 

Используя специальную вакуумную установку с различными лазерами и управляющими полями, работающую при температуре нанокельвина, они реализовали сценарий, в котором атомы, запертые в решетке, "одеваются" в облака вакуумных возбуждений, состоящих из хрупких, исчезающих волн материи.

Команда обнаружила, что в результате таких манипуляций поляритонные частицы становятся гораздо более подвижными. Ученые напрямую исследовали их внутреннюю структуру, встряхивая решетку таким образом, чтобы «возбудить» атомную решетку.

Когда поляритоны остаются в покое, они «прыгают» по решетке, взаимодействуя друг с другом и тем чамым образуют стабильные фазы квазичастичной материи.

"С помощью нашего эксперимента мы провели квантовое моделирование экситон-поляритонной системы в новом режиме", - объясняет Шнебл.

"Поиск возможности проведения таких "аналоговых" симуляций, которые к тому же являются "аналоговыми" в том смысле, что соответствующие параметры можно свободно настраивать, сам по себе является важным направлением в квантовой инженерии".