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Gli scienziati hanno compiuto una nuova svolta fondamentale nella ricerca del controllo della luce per far evolvere la prossima generazione di rilevamento e calcolo quantistico.
Il team di ricercatori, tra cui il dottor Oleksandr Kyriienko dell'Università di Exeter, ha dimostrato che il controllo della luce può essere ottenuto inducendo e misurando uno spostamento di fase non lineare fino a un singolo livello di polaritone.
I polaritoni sono particelle ibride che combinano le proprietà della luce e della materia. Sorgono in strutture ottiche con un forte accoppiamento luce-materia, dove i fotoni si ibridano con le particelle sottostanti nei materiali:gli eccitoni dei pozzi quantistici (coppie elettrone-lacuna legate).
La nuova ricerca, guidata dal gruppo sperimentale del Prof D Krizhanovskii dell'Università di Sheffield, ha osservato che un'interazione tra polaritoni nei micropilastri porta a una modulazione di fase incrociata tra modalità di polarizzazione diversa.
Il cambiamento di fase è significativo anche in presenza (in media) di un singolo polaritone, e può essere ulteriormente aumentato in strutture con più forte confinamento della luce. Ciò offre un'opportunità per effetti polaritonici quantistici che possono essere utilizzati per il rilevamento e l'informatica quantistici.
L'analisi teorica, guidata dal Dr. Oleksandr Kyriienko, mostra che lo sfasamento del singolo polaritone osservato può essere ulteriormente aumentato e, mediante micropilastri a cascata, offre un percorso verso porte quantistiche polaritoniche.
Gli effetti quantistici con fasci di luce deboli possono a loro volta aiutare a rilevare sostanze chimiche, perdite di gas ed eseguire calcoli a velocità ampiamente maggiori.
La ricerca è pubblicata da Nature Photonics .
Il Dr. Kyriienko afferma che "i risultati sperimentali rivelano che gli effetti quantistici a livello di singolo polaritone possono essere misurati in un singolo micropilastro. Dal punto di vista teorico, è importante aumentare gli sfasamenti e sviluppare il sistema in una porta di fase controllata ottica. Vedremo sicuramente più sforzi per costruire reticoli polaritonici quantistici come piattaforma tecnologica quantistica."
I polaritoni hanno dimostrato di essere un'eccellente piattaforma per l'ottica non lineare, in cui le particelle godono di una maggiore coerenza grazie al campo della cavità e alla forte non linearità dello scattering eccitone-eccitone.
In precedenza, gli esperimenti polaritonici portavano all'osservazione della condensazione polaritonica di Bose-Einstein e di vari effetti macroscopici non lineari, inclusa la formazione di solitoni e vortici. Tuttavia, l'osservazione degli effetti della polaritonica quantistica nel limite di occupazione basso rimane un campo inesplorato.
Lo studio mostra che i polaritoni possono sostenere la non linearità e la coerenza in occupazioni estremamente piccole. Ciò avvia la ricerca di sistemi polaritonici in grado di potenziare ulteriormente gli effetti quantistici e operare come dispositivi quantistici.
Il dottor Paul Walker, l'autore corrispondente dello studio, spiega che "hanno utilizzato micropilastri di alta qualità di arseniuro di gallio forniti da collaboratori dell'Università di Paris Saclay, in Francia. Questi pilastri confinano modalità di polarizzazione diversa che sono vicine nell'energia. Pompando luce in una delle modalità (fondamentale), sondamo un segnale inviato in un'altra modalità (a più alta energia) e osserviamo che la presenza di un impulso debole (singolo fotone) porta alla rotazione della polarizzazione, che può essere vista come una rotazione di fase controllata. "
L'autore senior dello studio, il prof. Krizhanovskii, conclude che "nell'esperimento presentato abbiamo fatto un primo passo per vedere gli effetti del singolo polaritone. C'è sicuramente un margine di miglioramento. Infatti, utilizzando cavità di dimensioni inferiori e ottimizzando la struttura ci aspettiamo per aumentare gli ordini di grandezza dello sfasamento. Ciò stabilirà lo stato dell'arte per i futuri chip polaritonici". + Esplora ulteriormente
