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

Земля мчится сквозь гигантское межзвездное облако. Доказательства нашли на глубине антарктических льдов

Солнечная система непрерывно движется вокруг центра Млечного Пути. Пространство между звездами не абсолютно пустое — оно заполнено межзвездной средой, состоящей из разреженного газа и...

✦ ИИ  Как устроен гибридный автомобиль Lohner-Porsche 1900 года: технический разбор конструкции

В 1900 году на Всемирной выставке в Париже был представлен гибридный автомобиль Lohner-Porsche, разработанный молодым инженером Фердинандом Порше для австрийской экипажной компании Якоба Лонера. На...

Как поживает старичок Jimmy JV51: более 7 лет опыта эксплуатации беспроводного пылесоса — флагмана «прошедшей эпохи»

Сегодня расскажу про настоящего ветерана домашней уборки — беспроводной пылесос Jimmy JV51, который многие помнят ещё по временам, когда модель выходила под крылом Xiaomi. Удивительно,...

Обзор внешнего SSD ADATA SC740 – быстрый переносной накопитель или просто красивая коробка

ADATA SC740 внешне выглядит как небольшой защищенный накопитель для переноски данных, но в этой модели интересен не только корпус. Здесь есть встроенный USB-C кабель, интерфейс USB 3.2 Gen2,...

Моё авто угнали… на штрафстоянку: поиски машины в Стамбуле и поездка в Турцию за новой резиной в полцены

С прошлой поездки в Стамбул на майские прошёл ровно год, а значит, пора снова в путь. Однако в этот раз было решено совместить приятное с полезным: поездку в Турцию на майские праздники и покупку...

Каким мячом будут играть на Чемпионате мира 2026: зачем инженеры намеренно ухудшили обтекаемость

Конструкция официальных футбольных мячей для Чемпионатов мира претерпела существенные изменения в начале XXI века. Начиная с 2006 года производители начали отказываться от традиционной сборки из 32...