ITMO University-forskare har visat att enskilda atomer kan omvandlas till polaritoner - kvantpartiklar som är en blandning av materia och ljus, som överförs via optiska fibrer. I detta nya tillstånd av materia, fotoner och atomer bildar ultrastark koppling för första gången. Resultaten av denna forskning kan användas för att kontrollera egenskaperna hos ljus och materia och för att skapa kvantminne. Tidningen publiceras i Fysiska granskningsbrev .

Materialens egenskaper kan förändras kemiskt, genom att blanda dem med andra ämnen, eller fysiskt, som när metaller går in i supraledande tillstånd under snabb kylning. ITMO University fysiker har utfört liknande transformationer på ett relativt nytt sätt - genom att använda ljus och utsätta material för högintensiva ljusstrålar eller skapa förutsättningar för ultrastark koppling mellan atomer och fotoner, vilket resulterar i nya partiklar som kallas polaritoner.

Det vanligaste sättet att tillhandahålla förutsättningar för ultrastark koppling är med hjälp av optiska resonatorer. Dessa resonatorer släpper in ljuset men släpper inte ut fotonerna lätt. De reflekteras upprepade gånger från resonatorns innerväggar, ständigt interagerar med atomerna inuti. Således, efter att ha bombarderats med fotoner, atomer bildar extremt starka bindningar med dem, vilket underlättar skapandet av kvasipartiklar.

"En av begränsningarna med denna metod är att polaritoner bara kan bildas med ljuskällan ständigt närvarande. Det betyder att när vi släcker ljuset, alla nyförvärvade fastigheter kommer att återgå till sina ursprungliga tillstånd. Dessutom, mer än en atom kan passa in i en resonator, vilket påverkar resultatet negativt, "förklarar Ivan Iorsh, professor vid ITMO:s fakultet för fysik och teknik.

Som en del av ett projekt som stöds av Russian Science Foundation, ITMO University forskare har, för det första, hittat ett sätt att ge starkare kommunikation mellan ljus och materia, och för det andra, att utsätta en hel rad atomer för ljus. Till exempel, de visade att att använda en vågledare (optisk fiber) istället för en resonator är en mer lovande metod för att ändra materia -tillstånd.

Huvudprincipen är att men atomerna utsätts för fotonerna i vågledaren istället för dem i resonatorn. Dock, i detta system är kopplingen så stark att den önskade effekten kan uppnås även utan att använda extern belysning. Det ultrastarka kopplingstillståndet som demonstrerats av ITMO-fysiker löser delvis problemet med kvantminne - dess instabilitet.

"Kvantminne säkerställer hög säkerhet för lagrad information, men den förblir relativt ömtålig. När du försöker läsa data som är säkrad på detta sätt, det finns en möjlighet att du förlorar den. Polaritoner är intressanta eftersom fotoner gör dem perfekta för att lagra informationsenheter som kallas qubits, medan atomer säkerställer att de kan binda till andra kvasipartiklar och ger oss fler möjligheter att kontrollera dem. Således, genom att förvärva långlivade kvasipartiklar, vi kan öka motståndskraften hos kvantsystemet som helhet, säger Ivan Iorsh.