Crédito:Pixabay/CC0 Dominio público
Los científicos han logrado un nuevo avance fundamental en la búsqueda del control de la luz para evolucionar la próxima generación de detección y computación cuánticas.
El equipo de investigadores, incluido el Dr. Oleksandr Kyriienko de la Universidad de Exeter, ha demostrado que se puede controlar la luz induciendo y midiendo un cambio de fase no lineal hasta un solo nivel de polaritón.
Los polaritones son partículas híbridas que combinan propiedades de la luz y la materia. Surgen en estructuras ópticas con un fuerte acoplamiento luz-materia, donde los fotones se hibridan con partículas subyacentes en los materiales:excitones de pozo cuántico (pares de huecos de electrones unidos).
La nueva investigación, dirigida por el grupo experimental del profesor D Krizhanovskii de la Universidad de Sheffield, ha observado que una interacción entre polaritones en micropilares conduce a una modulación de fase cruzada entre modos de diferente polarización.
El cambio de fase es significativo incluso en presencia (en promedio) de un solo polaritón, y puede incrementarse aún más en estructuras con mayor confinamiento de la luz. Esto brinda una oportunidad para los efectos polaritónicos cuánticos que se pueden usar para la detección y la computación cuánticas.
El análisis teórico, dirigido por el Dr. Oleksandr Kyriienko, muestra que el cambio de fase del polaritón único observado se puede aumentar aún más y, mediante micropilares en cascada, ofrece un camino hacia puertas cuánticas polaritónicas.
Los efectos cuánticos con haces de luz débiles pueden, a su vez, ayudar a detectar sustancias químicas, fugas de gas y realizar cálculos a una velocidad mucho mayor.
La investigación es publicada por Nature Photonics .
El Dr. Kyriienko dice que "los resultados experimentales revelan que los efectos cuánticos a nivel de un solo polaritón se pueden medir en un solo micropilar. Desde el punto de vista de la teoría, es importante aumentar los cambios de fase y desarrollar el sistema en una puerta de fase controlada ópticamente". Definitivamente veremos más esfuerzos para construir redes polaritónicas cuánticas como una plataforma de tecnología cuántica".
Los polaritones han demostrado ser una excelente plataforma para la óptica no lineal, donde las partículas disfrutan de una mayor coherencia debido al campo de la cavidad y una fuerte no linealidad de la dispersión excitón-excitón.
Anteriormente, los experimentos polaritónicos condujeron a la observación de la condensación polaritónica de Bose-Einstein y varios efectos no lineales macroscópicos, incluida la formación de solitones y vórtices. Sin embargo, la observación de los efectos polaritónicos cuánticos en el límite de ocupación bajo sigue siendo un campo desconocido.
El estudio muestra que los polaritones pueden mantener la no linealidad y la coherencia en ocupaciones extremadamente pequeñas. Esto desencadena una búsqueda de sistemas polaritónicos que puedan mejorar aún más los efectos cuánticos y operar como dispositivos cuánticos.
El Dr. Paul Walker, el autor correspondiente del estudio, explica que "han utilizado micropilares de alta calidad de arseniuro de galio proporcionados por colaboradores de la Universidad de Paris Saclay, Francia. Estos pilares confinan modos de diferente polarización que tienen una energía cercana. Mediante el bombeo luz en uno de los modos (fundamental), probamos una señal enviada a otro modo (mayor energía) y observamos que la presencia de un pulso débil (fotón único) conduce a la rotación de polarización.Esto puede verse como una rotación de fase controlada. "
El autor principal del estudio, el Prof. Krizhanovskii, concluye que "en el experimento presentado hemos dado un primer paso para ver los efectos de polaritón único. Sin duda, hay margen de mejora. De hecho, utilizando cavidades de menor tamaño y optimizando la estructura que esperamos para aumentar los órdenes de magnitud de cambio de fase. Esto establecerá el estado de la técnica para futuros chips polaritónicos". Impulsar la no linealidad polaritónica con un mecanismo para crear polarones-polaritones
