Ученые манипулируют квантовыми потоками света, приближая нас к нетрадиционным вычислениям следующего поколения
Совершив квантовый скачок в будущее нетрадиционных вычислительных технологий, команда физиков добилась прогресса в пространственном манипулировании и контроле энергии квантовых световых потоков комнатной температуры, известных как поляритонные конденсаты, что стало ключевой вехой в разработке высокоскоростных полностью оптических поляритонных логических устройств, которые долгое время удерживали ключ к нетрадиционным вычислениям следующего поколения, согласно недавно опубликованной статье в Physical Review Letters.
Поляритоны, гибридные частицы, образующиеся в результате взаимодействия света и материи, обычно описываются как квантовый флюид света, которым можно управлять с помощью его материального компонента. Теперь исследователи сделали огромный шаг вперед, внедрив новый подход к активному пространственному управлению жидкими световыми конденсатами при комнатной температуре.
Что отличает эту разработку от других, так это возможность манипулировать поляритонными конденсатами, не полагаясь на обычно используемые профили возбуждения поляритонов. Ученые добились этого, введя дополнительный слой сополимера внутри резонатора — слабосвязанный слой, который остается нерезонансным в режиме резонатора. Этот, казалось бы, простой, но невероятно изобретательный ход открыл двери для множества возможностей.
Частично насыщая оптическое поглощение в этом несвязанном полупроводниковом слое с помощью возбуждения двухцветным пучком, исследователи обеспечили сверхбыструю модуляцию эффективного показателя преломления одновременно с образованием поляритонного конденсата. Благодаря чудесному поглощению в возбужденном состоянии они раскрыли секреты локально индуцированной диссипации поляритонов.
Сложное взаимодействие этих механизмов, подобно кусочкам красиво оформленной головоломки, привело к беспрецедентному контролю пространственного профиля, плотности и энергии поляритонного конденсата — и все это при комнатной температуре.
«Этот прорыв открывает новую эру органических платформ polariton, предназначенных для создания прочной основы для вычислений с использованием жидкого света в условиях окружающей среды. Используя удивительные свойства сильных взаимодействий света и вещества, мы можем использовать весь потенциал поляритонов и освободиться от ограничений традиционной архитектуры резонаторов. Мы являемся свидетелями того, как будущее технологий разворачивается прямо на наших глазах», — говорит Антон Путинцев, научный сотрудник Лаборатории гибридной фотоники Сколтеха и идейный вдохновитель этой работы.
Благодаря этой разработке ученые теперь имеют возможность создавать полностью оптические поляритонные логические устройства, которые используют преимущества сверхбыстрой модуляции показателя преломления в микрорезонаторах в качестве еще одного независимого параметра настройки в режиме реального времени. Это также позволяет интегрировать такие слабосвязанные поглотители в микрорезонаторы поперечной конструкции, которая была недавно предложена для переноса поляритонных платформ в плоскость области схем фотонных чипов.
by Skolkovo Institute of Science and Technology
на фото: Schematic of a double-dye organic microcavity with two-color excitation profiles creating a polariton condensate in the center of a ring shape. Credit: Anton Putintsev et al./Physical Review Letters
More information: Anton D. Putintsev et al, Controlling the Spatial Profile and Energy Landscape of Organic Polariton Condensates in Double-Dye Cavities, Physical Review Letters (2023). DOI: 10.1103/PhysRevLett.131.186902