Kredit:Pixabay/CC0 Public Domain
Forskare har gjort ett avgörande nytt genombrott i strävan att kontrollera ljus för att utveckla nästa generation av kvantavkänning och datoranvändning.
Teamet av forskare, inklusive Dr. Oleksandr Kyriienko från University of Exeter, har visat att styrning av ljus kan uppnås genom att inducera och mäta en icke-linjär fasförskjutning ner till en enda polaritonnivå.
Polaritoner är hybridpartiklar som kombinerar egenskaper hos ljus och materia. De uppstår i optiska strukturer vid stark ljus-materia-koppling, där fotoner hybridiserar med underliggande partiklar i materialen - kvantbrunnsexcitoner (bundna elektron-hål-par).
Den nya forskningen, ledd av en experimentell grupp av Prof D Krizhanovskii från University of Sheffield, har observerat att en interaktion mellan polaritoner i mikropelare leder till en korsfasmodulering mellan olika polariseringsmetoder.
Fasändringen är signifikant även i närvaro av (i genomsnitt) en enda polariton, och kan ökas ytterligare i strukturer med starkare instängning av ljus. Detta ger en möjlighet till kvantpolaritoniska effekter som kan användas för kvantavkänning och beräkning.
Teoretisk analys, ledd av Dr. Oleksandr Kyriienko, visar att den observerade enkelpolaritonfasförskjutningen kan ökas ytterligare, och genom att kaskadkoppla mikropelare erbjuder en väg mot polaritoniska kvantportar.
Kvanteffekter med svaga ljusstrålar kan i sin tur hjälpa till att upptäcka kemikalier, gasläckage och utföra beräkningar med kraftigt ökad hastighet.
Forskningen är publicerad av Nature Photonics .
Dr Kyriienko säger att "experimentresultaten avslöjar att kvanteffekter på singelpolaritonnivå kan mätas i en enda mikropelare. Ur teoretisk synvinkel är det viktigt att öka fasförskjutningarna och utveckla systemet till en optiskt kontrollerad fasgrind. Vi kommer definitivt att se fler ansträngningar för att bygga kvantpolaritoniska gitter som en kvantteknologiplattform."
Polaritoner har visat sig vara en utmärkt plattform för olinjär optik, där partiklar åtnjuter ökad koherens på grund av kavitetsfält och stark olinjär från exciton-excitonspridning.
Tidigare ledde polaritoniska experiment till observation av polariton Bose-Einstein-kondensering och olika makroskopiska olinjära effekter, inklusive bildning av solitoner och virvlar. Observationen av kvantpolaritoniska effekter i den låga ockupationsgränsen förblir dock ett okänt område.
Studien visar att polaritoner kan upprätthålla olinjäritet och koherens vid extremt små yrken. Detta utlöser ett sökande efter polaritoniska system som ytterligare kan förstärka kvanteffekter och fungera som kvantenheter.
Dr. Paul Walker, motsvarande författare till studien, förklarar att de "har använt högkvalitativa mikropelare från galliumarsenid tillhandahållna av medarbetare från University of Paris Saclay, Frankrike. Dessa pelare begränsar olika polarisationslägen som är nära i energi. Genom att pumpa ljus till ett av lägena (grundläggande), undersöker vi en signal som skickas till ett annat (högenergi) läge, och observerar att närvaron av svag (en foton) puls leder till polarisationsrotation.Detta kan ses som en kontrollerad fasrotation. "
Seniorförfattaren för studien Prof Krizhanovskii drar slutsatsen att "i det presenterade experimentet har vi tagit ett första steg för att se enkelpolaritoneffekter. Det finns verkligen ett utrymme för förbättringar. Faktum är att använda hålrum av mindre storlek och optimera strukturen vi förväntar oss för att öka fasförskjutningsordningen. Detta kommer att etablera den senaste tekniken för framtida polaritonchips." + Utforska vidare
