Investigadores de la Universidad de Nebraska-Lincoln y la Universidad de California, Berkeley, han desarrollado un nuevo dispositivo fotónico que podría acercar a los científicos al "santo grial" de encontrar el mínimo global de formulaciones matemáticas a temperatura ambiente. Encontrar ese valor matemático ilusorio sería un gran avance para abrir nuevas opciones para las simulaciones que involucran materiales cuánticos.

Muchas preguntas científicas dependen en gran medida de poder encontrar ese valor matemático, dijo Wei Bao, profesor asistente de ingeniería eléctrica e informática de Nebraska. La búsqueda puede ser un desafío incluso para las computadoras modernas, especialmente cuando las dimensiones de los parámetros, comúnmente utilizados en la física cuántica, son extremadamente grandes.

Hasta ahora, los investigadores solo podían hacer esto con dispositivos de optimización de polaritones a temperaturas extremadamente bajas, cerca de menos 270 grados centígrados. Bao dijo que el equipo de Nebraska-UC Berkeley "ha encontrado una manera de combinar las ventajas de la luz y la materia a temperatura ambiente adecuada para este gran desafío de optimización".

Los dispositivos utilizan cuasipartículas cuánticas de mitad de luz y mitad de materia conocidas como excitón-polaritones, que surgieron recientemente como una plataforma de simulación fotónica analógica de estado sólido para la física cuántica, como la condensación de Bose-Einstein y los modelos complejos de espín XY.

"Nuestro avance se logra mediante la adopción de perovskita de haluro cultivada en solución, un material famoso para las comunidades de células solares, y su cultivo bajo nanoconfinamiento", dijo Bao. "Esto producirá cristales grandes monocristalinos lisos excepcionales con una gran homogeneidad óptica, nunca antes reportados a temperatura ambiente para un sistema polariton".

Bao es el autor correspondiente de un artículo que informa sobre esta investigación, publicado en Nature Materials .

"Esto es emocionante", dijo Xiang Zhang, colaborador de Bao, ahora presidente de la Universidad de Hong Kong pero que completó esta investigación como miembro de la facultad de ingeniería mecánica en UC Berkeley. "Demostramos que la red de espín XY con una gran cantidad de condensados ​​acoplados coherentemente que se pueden construir como una red con un tamaño de hasta 10 × 10".

Sus propiedades materiales también podrían permitir futuros estudios a temperatura ambiente en lugar de temperaturas ultrafrías. Bao dijo:"Estamos empezando a explorar el potencial de un sistema a temperatura ambiente para resolver problemas complejos. Nuestro trabajo es un paso concreto hacia la plataforma de simulación cuántica de estado sólido a temperatura ambiente buscada durante mucho tiempo".

"El método de síntesis de la solución que informamos con un excelente control del espesor para la gran perovskita de haluro ultrahomogéneo puede permitir muchos estudios interesantes a temperatura ambiente, sin la necesidad de equipos y materiales complicados y costosos", agregó Bao. También abre la puerta a la simulación de grandes enfoques de cálculo y muchas otras aplicaciones de dispositivos, antes inaccesibles a temperatura ambiente.

Este proceso es esencial en la era altamente competitiva de las tecnologías cuánticas, que se espera que transformen los campos de procesamiento de información, detección, comunicación, generación de imágenes y más.

Nebraska ha priorizado la ciencia y la ingeniería cuánticas como uno de sus grandes desafíos. Fue nombrada una prioridad de investigación debido a la experiencia de la universidad en esta área y el impacto que la investigación puede tener en este emocionante y prometedor campo. + Explora más

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