Жидкий свет: новое квантовое состояние, которое может привести к революции вычислительных методов

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com
| Мнение | Оффтопик

Свет — это не только поток фотонов, но и сложный квантовый объект, который может образовывать различные состояния и фазы. Одним из таких состояний является квантовая жидкость света, или поларитонный конденсат. Это состояние возникает, когда свет сильно взаимодействует с материей и образует гибридные частицы — поларитоны. Поларитоны — это квазичастицы, которые имеют свойства как света, так и материи. Они могут существовать в виде когерентного коллективного состояния, подобного сверхтекучести или сверхпроводимости. Такое состояние называется поларитонным конденсатом Бозе-Эйнштейна.

Поларитонные конденсаты представляют большой интерес для физиков и инженеров, так как они могут быть использованы для создания новых типов устройств, основанных на квантовой жидкости света. Такие устройства могут работать с очень высокой скоростью и эффективностью, используя только свет в качестве носителя информации. Однако для реализации таких устройств необходимо иметь возможность управлять пространственным распределением, плотностью и энергией поларитонных конденсатов. Это не так просто сделать, так как поларитоны — это очень чувствительные квантовые объекты, которые легко теряют свои свойства при воздействии внешних факторов.

Схема двухцветного органического микрорезонатора с двухцветными профилями возбуждения, создающего поляритонный конденсат в центре кольцевой формы
Автор: Anton Putintsev et al./Physical Review Letters Источник: phys.org

Недавно группа физиков из Сколковского института науки и технологии (Сколтех) сделала значительный прорыв в области управления квантовой жидкостью света при комнатной температуре. Они предложили новый подход для активного пространственного контроля поларитонных конденсатов без использования обычных методов возбуждения поларитонов. Их работа была опубликована в журнале Physical Review Letters.

Исследователи использовали органический микрорезонатор — тонкую пленку из полупроводникового материала, заключенную между двумя зеркалами. В таком резонаторе свет может быть заперт на долгое время и сильно взаимодействовать с электронами в полупроводнике, образуя поларитоны. Однако для того, чтобы создать поларитонный конденсат, необходимо подавать на резонатор достаточно интенсивный лазерный пучок определенной длины волны. Это ограничивает возможности управления формой и расположением конденсата внутри резонатора.

Чтобы преодолеть это ограничение, ученые добавили в резонатор дополнительный слой из кополимера, который не резонирует с поларитонами, а слабо связан с ними. Этот слой имеет свойство поглощать свет при двух разных длинах волны — одной, которая соответствует поларитонам, и другой, которая не соответствует. При этом поглощение света зависит от его интенсивности: чем сильнее свет, тем меньше он поглощается. Это явление называется насыщением поглощения.

Используя два лазерных пучка разных длин волны, ученые смогли частично насытить поглощение света в кополимерном слое и тем самым изменить его эффективный показатель преломления. Это привело к тому, что поларитоны стали испытывать дополнительное пространственное воздействие от кополимера, которое можно было контролировать с помощью лазеров. Таким образом, ученые смогли формировать поларитонный конденсат в виде кольца в центре резонатора, а также менять его размер, форму и энергию.

Кроме того, ученые обнаружили, что кополимерный слой также влияет на потери поларитонов. При насыщении поглощения света в кополимере возникает дополнительный механизм рассеяния света, называемый поглощением в возбужденном состоянии. Это явление приводит к тому, что поларитоны быстрее теряют свою энергию и выходят из резонатора. Это означает, что кополимерный слой может быть использован для локального управления диссипацией поларитонов.

Автор: Bing image creator

Сочетание этих двух механизмов — модуляции показателя преломления и диссипации — позволило ученым достичь безпрецедентного контроля над квантовой жидкостью света при комнатной температуре. Это открывает новые перспективы для создания высокоскоростных и эффективных устройств на основе поларитонов, которые могут выполнять различные логические операции с помощью света.

«Этот прорыв открывает новую эру органических поларитонных платформ, призванных заложить прочную основу для области вычислений на основе жидкого света при амбиентных условиях. Овладевая удивительными свойствами сильного взаимодействия света и материи, мы можем раскрыть весь потенциал поларитонов и освободиться от ограничений традиционных архитектур резонаторов. Мы становимся свидетелями будущего технологий, которое разворачивается перед нашими глазами», — говорит Антон Путинцев, научный сотрудник лаборатории гибридной фотоники Сколтеха и главный автор работы.

3 комментария

Добавить комментарий

J
Не скажу про про «квантовую жидкость», но используя конденсат Бозе-Эйнштейна уже экспериментально осуществили телепортацию, элементарные частицы (даже не атомы и молекулы, но лиха беда — начало) телепортировали на 1200км. Физикам из конца 90-х даже дали нобелевку за это.
K
«Телепортироаали» состояние частицы, а не её саму. Так, для уточнения.

Добавить комментарий

Сейчас на главной

Новости

Публикации

Почему ИИ ставит под угрозу появление новых языков программирования

Сегодня современные большие языки программирования (Python, JavaScript, Java, Go, Rust и т. д.) переживают беспрецедентный период доминирования. Их позиции укрепляются не только за счёт огромного...

5 рыб из СССР, которые раньше были в каждом магазине, а сегодня почти исчезли

Иногда такие списки кажутся чуть надуманными… пока не начинаешь разбираться, откуда вообще бралась рыба на советских прилавках. И тут внезапно всплывает целая система: океанический флот,...

Миф о вкусовых зонах языка: почему мы до сих пор верим в него, и как на самом деле работает вкус

Классическая «карта языка» — со сладким на кончике, солёным и кислым по бокам, горьким на задней части — до сих пор встречается в некоторых учебниках и популярных изданиях,...

Какого цвета инопланетная жизнь? Почему на других планетах она почти наверняка будет фиолетовой

С момента открытия первых планет за пределами Солнечной системы астрономия прошла огромный путь. На сегодняшний день ученые подтвердили существование более 5500 экзопланет, и фокус исследований...

Время можно отмотать назад: физики доказали, что квантовой необратимостью можно управлять

У фундаментальных законов физики, описывающих устройство нашей Вселенной, есть интересное свойство: они симметричны по отношению ко времени. Уравнения классической механики, электродинамики и даже...

Ошибка «Марсианина»: почему колонисты не смогут сажать картофель и чем они будут питаться на самом деле

Отправка пилотируемой миссии на Марс, которая планируется ведущими космическими агентствами уже в следующем десятилетии, открывает перед инженерами проблему обеспечения экипажа продовольствием....