A capacidade de ligar e desligar um processo físico com apenas um fóton é um bloco de construção fundamental para as tecnologias fotônicas quânticas. Perceber isso em uma arquitetura em escala de chip é importante para a escalabilidade, o que amplifica um avanço dos pesquisadores do City College de Nova York liderados pelo físico Vinod Menon. Eles demonstraram pela primeira vez o uso de "estados de Rydberg" em materiais de estado sólido (anteriormente mostrados em gases de átomos frios) para aumentar as interações ópticas não lineares a níveis sem precedentes em sistemas de estado sólido. Essa façanha é o primeiro passo para a realização de comutadores de fóton único escalonáveis ​​em escala de chip.

Em sistemas de estado sólido, exciton-polaritons, meia-luz meia-matéria quasipartículas, que resultam da hibridização de excitações eletrônicas (excitons) e fótons, são um candidato atraente para perceber não linearidades no limite quântico. "Aqui percebemos essas quasipartículas com excitons de Rydberg (estados excitados de excitons) em semicondutores atomicamente finos (materiais 2D), "disse Menon, cadeira de física na Divisão de Ciências do City College. "Estados excitados de excitons devido ao seu tamanho maior, mostram interações aprimoradas e, portanto, prometem acessar o domínio quântico de não linearidades de fóton único, como demonstrado anteriormente com os estados de Rydberg em sistemas atômicos. "

De acordo com Menon, a demonstração de exciton-polaritons de Rydberg em semicondutores bidimensionais e sua resposta não linear aprimorada apresenta o primeiro passo para a geração de fortes interações de fótons em sistemas de estado sólido, um bloco de construção necessário para tecnologias fotônicas quânticas.

Jie Gu, um estudante de pós-graduação trabalhando sob a supervisão de Menon, foi o primeiro autor do estudo intitulado "Interação não linear aprimorada de polaritons via estados de Rydberg excitônicos em monocamada WSe2, "que aparece em Nature Communications. A equipe também incluiu cientistas de Stanford, Columbia, Aarhus e as universidades politécnicas de Montreal.

"A pesquisa do Professor Menon e seus colegas de trabalho pode ter um tremendo impacto nas metas do Exército para processamento de informações de ultra-baixa energia e computação para plataformas móveis do Exército, como sistemas não tripulados, "disse o Dr. Michael Gerhold, gerente de programa do Comando de Desenvolvimento de Capacidades de Combate do Exército dos EUA, conhecido como DEVCOM, Laboratório de Pesquisa do Exército. "A comutação óptica e as não linearidades usadas em paradigmas de computação futuros que usam fotônica se beneficiariam desse avanço. Esses fortes efeitos de acoplamento reduziriam o consumo de energia e possivelmente ajudariam no desempenho de computação."