I ricercatori dell'Università ITMO hanno dimostrato che i singoli atomi possono essere trasformati in polaritoni, particelle quantistiche che sono una miscela di materia e luce, che vengono trasmessi tramite fibre ottiche. In questo nuovo stato della materia, fotoni e atomi formano per la prima volta un accoppiamento ultra forte. I risultati di questa ricerca possono essere utilizzati per controllare le proprietà della luce e della materia e per creare la memoria quantistica. Il documento è pubblicato in Lettere di revisione fisica .

Le proprietà dei materiali possono essere modificate chimicamente, mescolandoli con altre sostanze, o fisicamente, come quando i metalli entrano in stati superconduttivi durante un rapido raffreddamento. I fisici dell'Università ITMO hanno eseguito trasformazioni simili in un modo relativamente nuovo, utilizzando la luce e sottoponendo la materia a fasci di luce ad alta intensità o creando condizioni per un accoppiamento ultra forte tra atomi e fotoni, che si traduce in nuove particelle note come polaritoni.

Il modo più comunemente impiegato per fornire le condizioni per un accoppiamento ultra forte è l'utilizzo di risonatori ottici. Questi risonatori lasciano entrare la luce ma non lasciano uscire facilmente i fotoni. Sono ripetutamente riflessi dalle pareti interne del risonatore, interagendo costantemente con gli atomi all'interno. Così, dopo essere stato bombardato da fotoni, gli atomi formano con loro legami ultra-forti, che facilita la creazione di quasiparticelle.

"Uno dei limiti di questo metodo è che i polaritoni possono formarsi solo con la sorgente di luce costantemente presente. Significa che quando spegniamo la luce, tutte le proprietà di nuova acquisizione torneranno ai loro stati iniziali. Inoltre, più di un atomo può stare all'interno di un risonatore, che influisce negativamente sul risultato, " spiega Ivan Iorsh, un professore presso la Facoltà di Fisica e Ingegneria dell'ITMO.

Nell'ambito di un progetto sostenuto dalla Russian Science Foundation, I ricercatori dell'Università ITMO hanno, Prima di tutto, trovato un modo per fornire una comunicazione più forte tra luce e materia, e secondo, sottoporre alla luce tutta una serie di atomi. Ad esempio, hanno dimostrato che l'uso di una guida d'onda (fibra ottica) invece di un risonatore è un metodo più promettente per cambiare gli stati della materia.

Vale il principio fondamentale, ma gli atomi sono soggetti ai fotoni nella guida d'onda invece di quelli nel risonatore. Però, in questo sistema l'accoppiamento è così forte che l'effetto desiderato può essere ottenuto anche senza utilizzare l'illuminazione esterna. Lo stato di accoppiamento ultra forte dimostrato dai fisici ITMO risolve parzialmente il problema della memoria quantistica:la sua instabilità.

"La memoria quantistica garantisce un'elevata sicurezza delle informazioni archiviate, ma rimane relativamente fragile. Quando si tenta di leggere i dati protetti in questo modo, c'è la possibilità che tu lo perda. I polaritoni sono interessanti perché i fotoni li rendono perfetti per memorizzare unità di informazioni chiamate qubit, mentre gli atomi assicurano che possono legarsi con altre quasiparticelle e ci danno più opportunità di controllarli. Così, acquisendo quasiparticelle a vita lunga, possiamo aumentare la resilienza del sistema quantistico nel suo insieme, "dice Ivan Iorsh.