ITMO University-onderzoekers hebben aangetoond dat individuele atomen kunnen worden omgezet in polaritonen - kwantumdeeltjes die een mengsel zijn van materie en licht, die via optische vezels worden verzonden. In deze nieuwe staat van materie, fotonen en atomen vormen voor het eerst een ultrasterke koppeling. De resultaten van dit onderzoek kunnen worden gebruikt om de eigenschappen van licht en materie te beheersen en om kwantumgeheugen te creëren. De krant is gepubliceerd in Fysieke beoordelingsbrieven .

De eigenschappen van materialen kunnen chemisch worden gewijzigd, door ze te mengen met andere stoffen, of fysiek, zoals wanneer metalen in supergeleidende toestanden komen tijdens snelle afkoeling. Natuurkundigen van ITMO University hebben soortgelijke transformaties op een relatief nieuwe manier uitgevoerd - door licht te gebruiken en materie te onderwerpen aan lichtstralen met hoge intensiteit of door omstandigheden te creëren voor een ultrasterke koppeling tussen atomen en fotonen, wat resulteert in nieuwe deeltjes die bekend staan ​​​​als polaritonen.

De meest gebruikte manier om voorwaarden te scheppen voor ultrasterke koppeling is door gebruik te maken van optische resonatoren. Deze resonatoren laten het licht binnen, maar laten de fotonen niet gemakkelijk naar buiten. Ze worden herhaaldelijk gereflecteerd door de binnenwanden van de resonator, voortdurend in wisselwerking met de atomen binnenin. Dus, na te zijn gebombardeerd met fotonen, atomen vormen er ultrasterke bindingen mee, wat de vorming van quasideeltjes vergemakkelijkt.

"Een van de beperkingen van deze methode is dat polaritons zich alleen kunnen vormen als de lichtbron constant aanwezig is. Het betekent dat wanneer we het licht uitdoen, alle nieuw verworven eigendommen keren terug naar hun oorspronkelijke staat. Aanvullend, meer dan één atoom past in een resonator, wat het resultaat negatief beïnvloedt, " legt Ivan Iorsh uit, een professor aan de faculteit Fysica en Engineering van ITMO.

Als onderdeel van een project ondersteund door de Russian Science Foundation, Onderzoekers van de ITMO Universiteit hebben, Allereerst, een manier gevonden om een ​​sterkere communicatie tussen licht en materie te bieden, en ten tweede, om een ​​hele reeks atomen aan licht te onderwerpen. Bijvoorbeeld, ze toonden aan dat het gebruik van een golfgeleider (optische vezel) in plaats van een resonator een veelbelovende methode is om de toestand van materie te veranderen.

Het belangrijkste principe geldt, maar de atomen worden onderworpen aan de fotonen in de golfgeleider in plaats van die in de resonator. Echter, in dit systeem is de koppeling zo sterk dat het gewenste effect ook zonder externe verlichting kan worden bereikt. De ultrasterke koppelingstoestand die door ITMO-natuurkundigen is gedemonstreerd, lost gedeeltelijk het probleem van het kwantumgeheugen op:de instabiliteit ervan.

"Quantumgeheugen zorgt voor een hoge beveiliging van opgeslagen informatie, maar het blijft relatief kwetsbaar. Wanneer u probeert de op deze manier beveiligde gegevens te lezen, er is een mogelijkheid dat u het verliest. Polaritonen zijn interessant omdat fotonen ze perfect maken voor het opslaan van informatie-eenheden die qubits worden genoemd, terwijl atomen ervoor zorgen dat ze zich kunnen hechten aan andere quasideeltjes en ons meer mogelijkheden geven om ze te beheersen. Dus, door langlevende quasideeltjes te verwerven, we de veerkracht van het kwantumsysteem als geheel kunnen vergroten, ' zegt Ivan Iorsh.