Fysiker på EPFL har hittat ett sätt att få fotoner att interagera med par av atomer för första gången. Genombrottet är viktigt för området kavitetskvantelektrodynamik (QED), ett banbrytande fält som leder vägen till kvantteknik.

Det råder ingen tvekan om att vi ständigt går mot en tid av teknik baserad på kvantfysik. Men för att komma dit, vi måste först behärska förmågan att få ljus att interagera med materia - eller mer tekniskt, fotoner med atomer.

Detta har redan uppnåtts till viss del, ger oss det framkantiga fältet inom kavitetskvantelektrodynamik (QED), som redan används i kvantnätverk och kvantinformationsbehandling. Ändå, det är fortfarande en lång väg kvar. Nuvarande ljus-materia-interaktioner är begränsade till individuella atomer, vilket begränsar vår förmåga att studera dem i den typ av komplexa system som är involverade i kvantbaserad teknik.

I ett papper publicerat i Natur , forskare från gruppen Jean-Philippe Brantut vid EPFL:s School of Basic Sciences har hittat ett sätt att få fotoner att ”blandas” med par atomer vid ultralåga temperaturer.

Forskarna använde det som kallas en Fermigas, ett materiellt tillstånd som består av atomer som liknar elektronernas material. "I avsaknad av fotoner, gasen kan beredas i ett tillstånd där atomer interagerar mycket starkt med varandra, bildar löst bundna par, "förklarar Brantut." När ljus sänds ut på gasen, några av dessa par kan förvandlas till kemiskt bundna molekyler genom att absorbera med fotoner. "

Ett nyckelbegrepp i denna nya effekt är att det händer "sammanhängande, "vilket betyder att foton kan absorberas för att förvandla ett par atomer till en molekyl, sände sedan tillbaka, reabsorberas sedan flera gånger. "Detta innebär att par-foton-systemet bildar en ny typ av" partikel "-tekniskt sett en excitation-som vi kallar" par-polariton, "säger Brantut." Detta är möjligt i vårt system, där fotoner är begränsade i ett 'optiskt hålrum' - en sluten låda som tvingar dem att interagera starkt med atomerna. "

Hybridpar-polaritonerna tar några av egenskaperna hos fotoner, vilket innebär att de kan mätas med optiska metoder. De tar också några av egenskaperna hos Fermi -gasen, som antalet atompar som det hade ursprungligen före de inkommande fotonerna.

"Några av gasens mycket invecklade egenskaper översätts till optiska egenskaper, som kan mätas på ett direkt sätt, och även utan att störa systemet, "säger Brantut." En framtida tillämpning skulle vara inom kvantkemi, eftersom vi visar att vissa kemiska reaktioner kan produceras koherent med enkla fotoner. "