Wei Bao, assistente professore di ingegneria elettrica e informatica del Nebraska. Credito:Università del Nebraska-Lincoln
I ricercatori dell'Università del Nebraska-Lincoln e dell'Università della California, Berkeley, hanno sviluppato un nuovo dispositivo fotonico che potrebbe avvicinare gli scienziati al "Santo Graal" di trovare il minimo globale di formulazioni matematiche a temperatura ambiente. Trovare quel valore matematico illusorio sarebbe un importante progresso nell'aprire nuove opzioni per le simulazioni che coinvolgono materiali quantistici.
Molte domande scientifiche dipendono fortemente dalla capacità di trovare quel valore matematico, ha affermato Wei Bao, assistente professore di ingegneria elettrica e informatica del Nebraska. La ricerca può essere impegnativa anche per i computer moderni, soprattutto quando le dimensioni dei parametri, comunemente usati nella fisica quantistica, sono estremamente grandi.
Fino ad ora, i ricercatori potevano farlo solo con dispositivi di ottimizzazione del polaritone a temperature estremamente basse, vicine a circa meno 270 gradi Celsius. Bao ha affermato che il team Nebraska-UC Berkeley "ha trovato un modo per combinare i vantaggi della luce e della materia a temperatura ambiente adatto a questa grande sfida di ottimizzazione".
I dispositivi utilizzano quasi-particelle quantistiche di semiluce e semimateria note come eccitoni-polaritoni, recentemente emerse come piattaforma di simulazione fotonica analogica a stato solido per la fisica quantistica come la condensazione di Bose-Einstein e complessi modelli di spin XY.
"La nostra svolta è resa possibile dall'adozione della perovskite agli alogenuri coltivata in soluzione, un materiale famoso per le comunità di celle solari, e dalla sua coltivazione in nanoconfinamento", ha affermato Bao. "Questo produrrà grandi cristalli monocristallini lisci eccezionali con una grande omogeneità ottica, mai segnalati in precedenza a temperatura ambiente per un sistema di polaritoni."
Bao è l'autore corrispondente di un documento che riporta questa ricerca, pubblicato su Nature Materials .
"Questo è eccitante", ha detto Xiang Zhang, collaboratore di Bao, ora presidente dell'Università di Hong Kong ma che ha completato questa ricerca come membro della facoltà di ingegneria meccanica presso la UC Berkeley. "Mostriamo che il reticolo di spin XY con un gran numero di condensati accoppiati in modo coerente che può essere costruito come un reticolo con una dimensione fino a 10×10."
Le sue proprietà del materiale potrebbero anche consentire studi futuri a temperatura ambiente piuttosto che a temperature ultrafredde. Bao ha dichiarato:"Stiamo appena iniziando a esplorare il potenziale di un sistema a temperatura ambiente per la risoluzione di problemi complessi. Il nostro lavoro è un passo concreto verso la tanto ricercata piattaforma di simulazione quantistica a stato solido a temperatura ambiente.
"Il metodo di sintesi della soluzione che abbiamo riportato con un eccellente controllo dello spessore per grandi perovskite alogenuri ultra-omogenei può consentire molti studi interessanti a temperatura ambiente, senza la necessità di apparecchiature e materiali complicati e costosi", ha aggiunto Bao. Inoltre, apre le porte alla simulazione di approcci di calcolo di grandi dimensioni e molte altre applicazioni di dispositivi, prima inaccessibili a temperatura ambiente.
Questo processo è essenziale nell'era altamente competitiva delle tecnologie quantistiche, che dovrebbero trasformare i campi dell'elaborazione delle informazioni, del rilevamento, della comunicazione, dell'imaging e altro ancora.
Il Nebraska ha dato la priorità alla scienza e all'ingegneria quantistica come una delle sue grandi sfide. È stata nominata una priorità di ricerca a causa dell'esperienza dell'università in quest'area e dell'impatto che la ricerca può avere sul campo entusiasmante e promettente. + Esplora ulteriormente
