La capacidad de activar y desactivar un proceso físico con un solo fotón es un bloque de construcción fundamental para las tecnologías fotónicas cuánticas. Darse cuenta de esto en una arquitectura a escala de chip es importante para la escalabilidad, que amplifica un gran avance de los investigadores del City College of New York dirigidos por el físico Vinod Menon. Han demostrado por primera vez el uso de "estados de Rydberg" en materiales de estado sólido (anteriormente mostrados en gases de átomos fríos) para mejorar las interacciones ópticas no lineales a niveles sin precedentes en sistemas de estado sólido. Esta hazaña es un primer paso hacia la realización de conmutadores de fotón único escalables a escala de chip.

En sistemas de estado sólido, excitones-polaritones, cuasipartículas de media materia de media luz, que resultan de la hibridación de excitaciones electrónicas (excitones) y fotones, son un candidato atractivo para darse cuenta de no linealidades en el límite cuántico. "Aquí nos damos cuenta de estas cuasipartículas con excitones de Rydberg (estados excitados de excitones) en semiconductores atómicamente delgados (materiales 2D), "dijo Menon, presidente de física en la División de Ciencias de City College. "Estados de excitación de excitones debido a su mayor tamaño, muestran interacciones mejoradas y, por lo tanto, son prometedoras para acceder al dominio cuántico de las no linealidades de un solo fotón, como se demostró previamente con los estados de Rydberg en sistemas atómicos ".

Según Menon, la demostración de excitones-polaritones de Rydberg en semiconductores bidimensionales y su respuesta no lineal mejorada presenta el primer paso hacia la generación de interacciones de fotones fuertes en sistemas de estado sólido, un bloque de construcción necesario para las tecnologías fotónicas cuánticas.

Jie Gu, un estudiante graduado que trabaja bajo la supervisión de Menon, fue el primer autor del estudio titulado "Interacción no lineal mejorada de polaritones a través de estados excitónicos de Rydberg en monocapa WSe2, "que aparece en Comunicaciones de la naturaleza. El equipo también incluyó a científicos de Stanford, Columbia, Universidades politécnicas de Aarhus y Montreal.

"La investigación del profesor Menon y sus compañeros de trabajo podría tener un impacto tremendo en los objetivos del Ejército para el procesamiento de información de energía ultrabaja y la computación para plataformas móviles del Ejército, como los sistemas no tripulados, "dijo el Dr. Michael Gerhold, gerente de programa en el Comando de Desarrollo de Capacidades de Combate del Ejército de EE. UU., conocido como DEVCOM, Laboratorio de Investigación del Ejército. "La conmutación óptica y las no linealidades utilizadas en futuros paradigmas informáticos que utilizan fotónica se beneficiarían de este avance. Estos fuertes efectos de acoplamiento reducirían el consumo de energía y posiblemente ayudarían al rendimiento informático".