La capacità di attivare e disattivare un processo fisico con un solo fotone è un elemento fondamentale per le tecnologie fotoniche quantistiche. Realizzare questo in un'architettura su scala di chip è importante per la scalabilità, che amplifica una svolta dei ricercatori del City College di New York guidati dal fisico Vinod Menon. Hanno dimostrato per la prima volta l'uso degli "stati di Rydberg" nei materiali allo stato solido (precedentemente mostrati nei gas atomici freddi) per migliorare le interazioni ottiche non lineari a livelli senza precedenti nei sistemi allo stato solido. Questa impresa è un primo passo verso la realizzazione di switch a singolo fotone scalabili su scala di chip.

Nei sistemi allo stato solido, eccitone-polaritoni, semiparticelle semi-leggere semi-materia, che risultano dall'ibridazione di eccitazioni elettroniche (eccitoni) e fotoni, sono un candidato interessante per realizzare non linearità al limite quantistico. "Qui realizziamo queste quasiparticelle con eccitoni di Rydberg (stati eccitati di eccitoni) in semiconduttori atomicamente sottili (materiali 2D), " disse Menone, cattedra di fisica presso la Division of Science del City College. "Stati di eccitazione degli eccitoni a causa delle loro maggiori dimensioni, mostrano interazioni potenziate e quindi promettono di accedere al dominio quantistico delle non linearità del singolo fotone, come dimostrato in precedenza con gli stati di Rydberg nei sistemi atomici."

Secondo Menone, la dimostrazione degli eccitoni-polaritoni di Rydberg in semiconduttori bidimensionali e la loro risposta non lineare potenziata rappresenta il primo passo verso la generazione di interazioni fotoniche forti nei sistemi allo stato solido, un elemento costitutivo necessario per le tecnologie fotoniche quantistiche.

Jie Gu, uno studente laureato che lavora sotto la supervisione di Menon, è stato il primo autore dello studio dal titolo "Enhanced nonlinear interaction of polaritons via excitonic Rydberg States in monolayer WSe2, "che appare in Comunicazioni sulla natura. Il team comprendeva anche scienziati di Stanford, Colombia, Università di Aarhus e del Politecnico di Montreal.

"La ricerca del professor Menon e dei suoi collaboratori potrebbe avere un enorme impatto sugli obiettivi dell'esercito per l'elaborazione e l'elaborazione delle informazioni a bassissima energia per le piattaforme mobili dell'esercito come i sistemi senza pilota, " ha detto il dottor Michael Gerhold, responsabile del programma presso il Comando per lo sviluppo delle capacità di combattimento dell'esercito degli Stati Uniti, noto come DEVCOM, Laboratorio di ricerca dell'esercito. "La commutazione ottica e le non linearità utilizzate nei futuri paradigmi di elaborazione che utilizzano la fotonica trarrebbero vantaggio da questo progresso. Tali forti effetti di accoppiamento ridurrebbero il consumo di energia e forse aiuterebbe le prestazioni di elaborazione".