Os pontos diabólicos (PDs) introduzem maneiras de estudar a fase topológica e a dispersão de energia peculiar. Cientistas da China e parceiros do Reino Unido demonstraram DPs em microdiscos ativos fortemente acoplados. Um novo controle macroscópico de retroespalhamento baseado na competição entre defeitos e emissores quânticos foi utilizado para obter DPs. Este trabalho abre caminho para integrar DPs e fenômenos mais exóticos em processos de informação quântica com emissores quânticos, e irá inspirar pesquisas futuras com PDs.

Os DPs se originam de degenerescências dependentes de parâmetros dos níveis de energia de um sistema. Devido à fase topológica de Berry, Os DPs desempenham um papel fundamental na dinâmica física e química, como a fotônica peculiar em materiais 2-D ou sistemas de matéria condensada que fornecem processamento quântico topológico. Enquanto isso, emissores ativos em estruturas fotônicas são essenciais para a interface elétron-fóton coerente na rede fotônica quântica. Portanto, realizar DPs em estruturas fotônicas ativas pode beneficiar muito a implementação de processamento de informações quânticas e aumento de escala na rede quântica. Contudo, múltiplos emissores quânticos em cavidades ativas são geralmente posicionados aleatoriamente, resultando assim em retroespalhamento simétrico e incontrolável que proíbe uma degenerescência com apenas estados próprios triviais. Como resultado, a interface coerente entre elétrons e fótons em DPs é difícil de alcançar.

Em um artigo publicado recentemente em Ciência leve e aplicação , cientistas do Instituto de Física, A Academia Chinesa de Ciências e colegas de trabalho demonstram DPs em dois microdiscos fortemente acoplados com pontos quânticos incorporados (QDs). Devido a isso o controle individual de cada QD é impossível, um controle macroscópico de retroespalhamento foi proposto com base na competição entre dois tipos de espalhadores (QDs e defeitos), que resolve o problema de baixa controlabilidade. Por meio da otimização, uma competição equilibrada foi alcançada com sucesso com a força de acoplamento de retroespalhamento de negativo para positivo em microdiscos únicos, claramente demonstrado pelas estatísticas experimentais. Além disso, em comparação com microdiscos únicos com hamiltonianos bidimensionais, dois microdiscos fortemente acoplados têm supermodos com hamiltonianos quadridimensionais. Os espectros são afetados não apenas pelas forças de acoplamento de retroespalhamento absoluto, mas também por seus sinais. Assim, cavidades acopladas são uma boa plataforma para estudar a física fundamental do retroespalhamento e tornar possível o DP. Degenerescências hermitianas em DPs foram observadas quando as forças de acoplamento de retroespalhamento em dois microdiscos têm o mesmo valor absoluto, mas em sinais opostos.

No DP de duas cavidades acopladas, o sistema tem autoespaços em que as fases de dois microdiscos têm uma correlação não linear, indicando uma mudança de fase controlável entre eles. Portanto, as duas cavidades acopladas são um potencial em laser direcional e controle de fase quântica. Além disso, quando a interação entre emissores e cavidades for melhorada no futuro, este sistema pode ser previsto com um papel importante no estudo de comportamentos de DP quânticos e integração de fótons em DPs em redes quânticas.

"Os pontos quânticos e defeitos posicionados aleatoriamente são muito difíceis de controlar e podem resultar em retroespalhamento simétrico. Introduzimos o controle macroscópico com base na competição entre diferentes tipos de dispersores e alcançamos força de acoplamento de retroespalhamento com valores negativos ou positivos."

"Demonstramos experimentalmente um par de DPs no espectro com dois microdiscos fortemente acoplados, que são diferentes do DP comum sem retroespalhamento ou em uma única microcavidade perfeita. DPs aqui podem produzir correlação não linear com uma mudança de fase entre dois microdiscos, com potencial aplicação no processamento óptico de informações quânticas, óptica topológica e física fundamental em DPs usando estruturas fotônicas, "disseram os cientistas.