Wei Bao, biträdande professor i el- och datateknik i Nebraska. Kredit:University of Nebraska-Lincoln
Forskare från University of Nebraska-Lincoln och University of California, Berkeley, har utvecklat en ny fotonisk anordning som kan få forskare närmare den "heliga gralen" att hitta det globala minimum av matematiska formuleringar vid rumstemperatur. Att hitta det illusionsmässiga matematiska värdet skulle vara ett stort framsteg när det gäller att öppna nya alternativ för simuleringar som involverar kvantmaterial.
Många vetenskapliga frågor är starkt beroende av att kunna hitta det matematiska värdet, säger Wei Bao, biträdande professor i el- och datorteknik i Nebraska. Sökandet kan vara utmanande även för moderna datorer, särskilt när dimensionerna på parametrarna – som vanligtvis används inom kvantfysik – är extremt stora.
Hittills har forskare bara kunnat göra detta med polaritonoptimeringsenheter vid extremt låga temperaturer, nära cirka minus 270 grader Celsius. Bao sa att Nebraska-UC Berkeley-teamet "har hittat ett sätt att kombinera fördelarna med ljus och materia vid rumstemperatur lämpligt för denna stora optimeringsutmaning."
Enheterna använder kvanthalvljus och halvmateria kvasipartiklar som kallas exciton-polaritoner, som nyligen dök upp som en solid-state analog fotonisk simuleringsplattform för kvantfysik som Bose-Einstein-kondensering och komplexa XY-spinmodeller.
"Vårt genombrott möjliggörs genom att anta lösningsodlad halogenidperovskit, ett känt material för solcellssamhällen, och odla det under nanoinneslutning," sa Bao. "Detta kommer att producera exceptionellt jämna enkristallina stora kristaller med stor optisk homogenitet, som tidigare aldrig rapporterats vid rumstemperatur för ett polaritonsystem."
Bao är motsvarande författare till en artikel som rapporterar denna forskning, publicerad i Nature Materials .
"Det här är spännande", säger Xiang Zhang, Baos samarbetspartner, numera president för Hong Kong University men som slutförde denna forskning som en maskinteknisk fakultetsmedlem vid UC Berkeley. "Vi visar att XY spinngitter med ett stort antal koherent kopplade kondensat som kan konstrueras som ett galler med en storlek upp till 10×10."
Dess materialegenskaper kan också möjliggöra framtida studier vid rumstemperatur snarare än ultrakalla temperaturer. Bao sa, "Vi har precis börjat utforska potentialen hos ett rumstemperatursystem för att lösa komplexa problem. Vårt arbete är ett konkret steg mot den länge eftertraktade rumstemperatur-solid-state kvantsimuleringsplattformen.
"Lösningssyntesmetoden vi rapporterade med utmärkt tjocklekskontroll för stor ultrahomogen halogenidperovskit kan möjliggöra många intressanta studier vid rumstemperatur, utan behov av komplicerad och dyr utrustning och material," tillade Bao. Det öppnar också dörren för simulering av stora beräkningsmetoder och många andra enhetstillämpningar, som tidigare var otillgängliga vid rumstemperatur.
Denna process är avgörande i den mycket konkurrensutsatta eran av kvantteknologier, som förväntas förändra områdena informationsbehandling, avkänning, kommunikation, bildbehandling och mer.
Nebraska har prioriterat kvantvetenskap och teknik som en av sina stora utmaningar. Det utsågs till en forskningsprioritet på grund av universitetets expertis inom detta område och den inverkan forskningen kan göra på det spännande och lovande området. + Utforska vidare
