Schema del meccanismo utilizzato da Tan et al. per aumentare la non linearità ottica. I fotoni (sfere magenta) si accoppiano fortemente agli eccitoni (sfere blu) per formare quasiparticelle polaritoni. Quando gli elettroni vengono iniettati nel materiale, sono attratti dal polaritone, creando un picco nella densità elettronica circondato da un anello di ridotta densità elettronica. L'oggetto composto formato dal polaritone e dalla ridistribuzione della densità elettronica è un polarone-polaritone. La risultante distribuzione della densità elettronica induce una forza repulsiva a lungo raggio tra diversi polaroni-polaritoni, che aumenta la non linearità ottica. Credito:APS/Alan Stonebraker
Un team di ricercatori dell'Istituto per l'elettronica quantistica, ETH Zurigo, il Max Planck Institute of Quantum Optics e il Munich Center for Quantum Science and Technology hanno trovato un modo per aumentare la non linearità polaritonica. Nel loro articolo pubblicato sulla rivista Revisione fisica X , il gruppo descrive la costruzione di un meccanismo per creare polaroni-polaritoni, che ha portato ad un aumento della non linearità polaritonica.
Mentre gli scienziati continuano la loro ricerca per creare computer quantistici veramente utili, hanno riscontrato la necessità di effetti non lineari nelle piattaforme informative ottiche. Tali effetti potrebbero essere utilizzati dai fotoni che trasportano informazioni mentre interagiscono per eseguire attività come la modifica del colore e l'induzione dell'entanglement. Però, tali sforzi sono finora falliti a causa di inefficienze. In questo nuovo sforzo, i ricercatori hanno creato un meccanismo che consente di aumentare la non linearità di un mezzo.
Il lavoro prevedeva la creazione di un polaritone accoppiando un fotone che era strettamente legato a un eccitone su una base di diseleniuro di molibdeno. I ricercatori hanno poi iniettato elettroni che sono stati attratti dai polaritoni. Quell'attrazione ha portato a una densità di elettroni con un picco vicino al polaritone e diminuito in un cerchio circolare attorno ad esso. Il risultato fu una quasiparticella che combinava il polaritone con gli elettroni ridistribuiti:un polarone-polaritone. Hanno notato che i polaroni-polaritoni erano molto più grandi di un polaritone, che ha fatto interagire i polaroni a distanze maggiori e ciò ha portato a un aumento di 50 volte della non linearità ottica.
I ricercatori hanno testato il loro meccanismo osservando l'indice di rifrazione dell'intensità della luce e notando gli spostamenti delle amplificazioni polarone-polaritone. Hanno anche dimostrato che i polaroni-polaritoni potrebbero essere amplificati usando emissioni stimolate. Riconoscono che gli incrementi di non linearità ottenuti non sono sufficienti per l'uso in applicazioni quantistiche, ma si noti che si potrebbero vedere incrementi maggiori utilizzando una base con una non linearità intrinseca maggiore. Suggeriscono inoltre che le loro idee potrebbero portare a nuove strade di ricerca in alcune aree, come quelli che utilizzano molti fotoni entangled che si comportano in modi che ricordano un fluido quantistico. Notano anche che parti del loro lavoro potrebbero essere utili anche nella ricerca di prove di chiunque.
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