I punti diabolici (DPs) introducono modi per studiare la fase topologica e la peculiare dispersione di energia. Scienziati in Cina e partner del Regno Unito hanno dimostrato le DP in microdischi attivi fortemente accoppiati. Per ottenere DP è stato utilizzato un nuovo controllo macroscopico della retrodiffusione basato sulla competizione tra difetti ed emettitori quantistici. Questo lavoro apre la strada all'integrazione di DP e fenomeni più esotici nei processi di informazione quantistica con emettitori quantistici, e ispirerà ulteriori ricerche con le PS.

Le DP hanno origine da degenerazioni dipendenti dai parametri dei livelli energetici di un sistema. A causa della fase topologica di Berry, Le DP svolgono un ruolo fondamentale nella dinamica fisica e chimica, come la fotonica peculiare in materiali 2-D o sistemi di materia condensata che forniscono elaborazione quantistica topologica. Nel frattempo, gli emettitori attivi nelle strutture fotoniche sono essenziali per l'interfaccia coerente elettrone-fotone nella rete fotonica quantistica. Perciò, realizzare DP in strutture fotoniche attive può avvantaggiare notevolmente l'implementazione dell'elaborazione delle informazioni quantistiche e il ridimensionamento nella rete quantistica. Però, più emettitori quantistici in cavità attive sono solitamente posizionati casualmente, risultando così in una retrodiffusione simmetrica e incontrollabile che vieta una degenerazione con soli autostati banali. Di conseguenza, l'interfaccia coerente tra elettroni e fotoni nelle DP è difficile da ottenere.

In un articolo appena pubblicato in Scienza e applicazione della luce , scienziati dell'Istituto di Fisica, L'Accademia cinese delle scienze e i suoi collaboratori dimostrano le DP in due microdischi fortemente accoppiati con punti quantici (QD) incorporati. A causa di ciò il controllo individuale di ciascun QD è impossibile, è stato proposto un controllo macroscopico del backscattering basato sulla competizione tra due tipi di diffusori (QD e difetti), che risolve il problema della scarsa controllabilità. Attraverso l'ottimizzazione, una competizione equilibrata è stata ottenuta con successo con la forza di accoppiamento di backscattering da negativo a positivo in singoli microdischi, chiaramente dimostrato dalle statistiche sperimentali. Per di più, rispetto a singoli microdischi con Hamiltoniane bidimensionali, due microdischi fortemente accoppiati hanno supermode con Hamiltoniane quadridimensionali. Gli spettri sono influenzati non solo dalle forze assolute di accoppiamento di retrodiffusione, ma anche dai loro segni. Così, le cavità accoppiate sono una buona piattaforma per studiare la fisica fondamentale del backscattering e rendere possibile la DP. Sono state osservate degenerazioni hermitiane alle DP quando le forze di accoppiamento di backscattering in due microdischi hanno lo stesso valore assoluto ma nei segni opposti.

Al DP di due cavità accoppiate, il sistema ha autospazi in cui le fasi di due microdischi hanno una correlazione non lineare, indicando uno sfasamento controllabile tra di loro. Perciò, le due cavità accoppiate sono un potenziale nel laser direzionale e nel controllo quantistico di fase. Inoltre, quando l'interazione tra emettitori e cavità sarà migliorata in futuro, questo sistema può essere previsto con un ruolo importante nello studio dei comportamenti della DP quantistica e nell'integrazione dei fotoni nelle DP nelle reti quantistiche.

"I punti quantici e i difetti posizionati casualmente sono molto difficili da controllare e possono portare a una retrodiffusione simmetrica. Abbiamo introdotto il controllo macroscopico basato sulla competizione tra diversi tipi di diffusori e abbiamo raggiunto la forza di accoppiamento della retrodiffusione con valori sia negativi che positivi".

"Abbiamo dimostrato sperimentalmente una coppia di DP negli spettri con due microdischi fortemente accoppiati, che sono diversi dal normale DP senza retrodiffusione o in una singola microcavità perfetta. I DP qui possono produrre una correlazione non lineare con uno sfasamento tra due microdischi, con potenziale applicazione nell'elaborazione dell'informazione quantistica ottica, ottica topologica e fisica fondamentale presso PS utilizzando strutture fotoniche, " hanno detto gli scienziati.