Un grupo de científicos de Skoltech, en colaboración con colegas de la Universidad de Southampton (Reino Unido), desarrolló un enfoque totalmente óptico para controlar los acoplamientos entre condensados ​​de polaritón en redes ópticas. Este estudio es un paso importante hacia la aplicación práctica de celosías de condensado de polaritón óptico como plataforma para simular fases de materia condensada. Los resultados de la investigación fueron publicados en la revista Cartas de revisión física , donde el documento apareció en la portada.

Durante sus tres años de existencia, el Laboratorio de Fotónica Híbrida del Centro Skoltech de Fotónica y Materiales Cuánticos y su equipo de jóvenes investigadores, trabajando bajo la dirección del profesor Pavlos Lagoudakis, ha estado impulsando el estado del arte en el campo de la polaritónica de excitones. Su reciente demostración de condensados ​​de polaritón acoplados coherentemente se ha propuesto como una nueva plataforma de simulación [1, 2]. Esta tecnología utiliza un elaborado patrón de excitación láser para generar gráficos de polaritones de alta complejidad de una manera altamente escalable. con hasta mil condensados ​​alcanzables actualmente. Independientemente de la plataforma tecnológica que se utilice, y si sus nodos son condensados ​​de polariton, átomos atrapados en frío o qubits superconductores, La capacidad de sintonizar los acoplamientos entre los nodos vecinos más cercanos y próximos es un paso esencial para simular las fases de la materia condensada. Como el acoplamiento entre condensados ​​de polaritón estaba predefinido por la geometría de excitación láser y el vector de onda de polaritón, controlar el acoplamiento entre los nodos de una geometría enrejada fija seguía siendo difícil de alcanzar.

Para afrontar este desafío tecnológico, los investigadores sugirieron usar otro patrón láser más débil para formar reservorios de excitones incoherentes que actuarían como barreras potenciales impresas ópticamente. En un experimento demostraron que la introducción de tal barrera de altura variable entre nodos cambia la fase de la señal de condensado transmitida de manera precisa y controlada, cambiando finalmente el signo del acoplamiento complejo. En este trabajo, Los investigadores de Skoltech demostraron ferromagnéticos, Fases antiferromagnéticas y ferromagnéticas apareadas en polariton se agrupan hasta condensados ​​4 × 4.

Investigador de Skoltech y primer autor, Dr. Sergey Alyatkin, notas:"Estos resultados se lograron gracias al arduo y coordinado trabajo de nuestro equipo, lo que nos permitió crear primero una configuración experimental única y usarla para lograr estos emocionantes resultados. Junto con nuestros colegas de Southampton, Hemos desarrollado una forma de controlar con mucha precisión el perfil espacial de excitación, lo que nos permite imprimir redes ópticas de condensados ​​de polaritón en casi cualquier geometría arbitraria. También implementamos una técnica de interferometría homodina para la lectura in situ de las fases relativas de los nodos de celosía, lo que nos permite proyectar un giro clásico (de +1 a -1) para cada nodo correspondiente ".

Alexis Askitopoulos, investigador principal de Hybrid Photonics Labs y coautor, agrega:"Nuestros resultados muestran que podemos sintonizar las interacciones del vecino más cercano y del vecino más cercano en nuestro entramado de polariton. Efectivamente, esto nos da el control de algunos de los elementos no diagonales del hamiltoniano de nuestro sistema, aumentando enormemente el número de configuraciones que podrían simularse con nuestra plataforma, además de abrir posibilidades para implementar procesos y algoritmos de aprendizaje automático ".

El resultado de un constante ir y venir de personas, muestras e ideas entre Skoltech y la Universidad de Southampton, Este artículo de gran impacto también sirve como recordatorio de la importancia de las colaboraciones internacionales en el mundo académico. En estos días actuales de autoaislamiento, los grupos de Rusia y el Reino Unido permanecen en estrecho contacto a través de un seminario en línea semanal, donde discuten el progreso actual y proponen nuevas formas de impulsar su investigación más.

Los autores confían en que los resultados de su investigación serán de gran interés no solo para los especialistas que trabajan en el campo de la polaritónica, sino también a la comunidad global de informática óptica y fotónica más amplia. La extrema precisión del control sobre la fase relativa entre nodos, junto con la facilidad, escalabilidad y sintonía de su implementación totalmente óptica, se cree que hace de este desarrollo un paso crítico en el desarrollo de simuladores de polaritón de alto rendimiento, que algún día podría desbloquear todo el poder de la computación óptica.