Um grupo de cientistas Skoltech, em colaboração com colegas da Universidade de Southampton (Reino Unido), desenvolveu uma abordagem totalmente óptica para controlar os acoplamentos entre condensados ​​polariton em redes ópticas. Este estudo é um passo importante para a aplicação prática de redes ópticas de condensado polariton como uma plataforma para simulação de fases de matéria condensada. Os resultados da pesquisa foram publicados na revista. Cartas de revisão física , onde o jornal apareceu na capa.

Ao longo de seus três anos de existência, o Laboratório de Fotônica Híbrida do Centro de Fotônica e Materiais Quânticos Skoltech e sua equipe de jovens pesquisadores, trabalhando sob a orientação do Professor Pavlos Lagoudakis, tem impulsionado o estado da arte no campo dos excitons polaritônicos. Sua recente demonstração de condensados ​​polariton coerentemente acoplados foi proposta notavelmente como uma nova plataforma de simulador [1, 2]. Esta tecnologia usa um padrão de excitação de laser elaborado para gerar gráficos polariton de alta complexidade de uma maneira altamente escalável, com até mil condensados ​​atualmente alcançáveis. Não importa qual plataforma tecnológica é usada, e se seus nós são condensados ​​de polariton, átomos presos a frio ou qubits supercondutores, a capacidade de sintonizar os acoplamentos entre os nós vizinhos mais próximos e os próximos é uma etapa essencial para simular as fases da matéria condensada. Como o acoplamento entre os condensados ​​de polariton foi predefinido pela geometria de excitação do laser e o vetor de onda do polariton, controlar o acoplamento entre os nós de uma geometria reticulada fixa permaneceu ilusório.

Para enfrentar este desafio tecnológico, os pesquisadores sugeriram o uso de outro padrão de laser mais fraco para formar reservatórios de excitons incoerentes que atuariam como barreiras potenciais opticamente impressas. Em um experimento, eles demonstraram que a introdução de tal barreira de altura variável entre os nós muda a fase do sinal de condensado transmitido de uma maneira precisa e controlada, em última análise, mudando o sinal do acoplamento complexo. Nesse trabalho, Os pesquisadores da Skoltech demonstraram ferromagnético, fases antiferromagnética e ferromagnética emparelhada no agrupamento polariton até 4 × 4 condensados.

Pesquisador Skoltech e primeiro autor, Dr. Sergey Alyatkin, notas:"Esses resultados foram alcançados devido ao trabalho árduo e coordenado de nossa equipe, o que nos permitiu criar primeiro uma configuração experimental única e usá-la para alcançar esses resultados empolgantes. Junto com nossos colegas de Southampton, desenvolvemos uma maneira de controlar com muita precisão o perfil espacial de excitação, o que nos permite imprimir redes ópticas de condensados ​​polariton em quase qualquer geometria arbitrária. Também implementamos uma técnica de interferometria homódina para leitura in-situ das fases relativas dos nós da rede, o que nos permite projetar um spin clássico (de +1 a -1) para cada nó correspondente. "

Alexis Askitopoulos, pesquisador sênior do Hybrid Photonics Labs e co-autor, acrescenta:"Nossos resultados mostram que podemos ajustar o vizinho mais próximo e as interações do próximo vizinho mais próximo em nossa rede polariton. Efetivamente, isso nos dá o controle de alguns dos elementos não diagonais do hamiltoniano de nosso sistema, aumentando muito o número de configurações que podem ser simuladas com nossa plataforma, além de abrir possibilidades para a implementação de processos e algoritmos de aprendizado de máquina. "

O resultado de um constante vai e vem de pessoas, amostras e ideias entre Skoltech e Southampton University, este artigo de alto impacto também serve como um lembrete da importância das colaborações internacionais na academia. Nestes dias de auto-isolamento, os grupos da Rússia e do Reino Unido permanecem em contato próximo por meio de um seminário online semanal, onde eles discutem o progresso atual e propõem novas maneiras de levar suas pesquisas adiante.

Os autores estão confiantes de que os resultados de suas pesquisas serão de grande interesse não apenas para os especialistas que atuam na área de polaritônica, mas também para a comunidade global mais ampla de fotônica e computação óptica. A extrema precisão do controle sobre a fase relativa entre os nós, junto com a facilidade, escalabilidade e sintonia de sua implementação totalmente ótica, acredita-se que este desenvolvimento seja uma etapa crítica no desenvolvimento de simuladores de polariton de alto desempenho, que poderia um dia desbloquear todo o poder da computação óptica.