Os cientistas fizeram um novo avanço fundamental na busca de controlar a luz para evoluir a próxima geração de sensoriamento quântico e computação.
A equipe de pesquisadores, incluindo o Dr. Oleksandr Kyriienko da Universidade de Exeter, mostrou que o controle da luz pode ser alcançado induzindo e medindo uma mudança de fase não linear até um único nível de polariton.

Polaritons são partículas híbridas que combinam propriedades de luz e matéria. Eles surgem em estruturas ópticas em forte acoplamento luz-matéria, onde os fótons hibridizam com partículas subjacentes nos materiais - excitons de poço quântico (pares elétron-buraco ligados).

A nova pesquisa, liderada pelo grupo experimental do professor D Krizhanovskii da Universidade de Sheffield, observou que uma interação entre polaritons em micropilares leva a uma modulação de fase cruzada entre modos de polarização diferentes.

A mudança de fase é significativa mesmo na presença (em média) de um único polariton, e pode ser aumentada ainda mais em estruturas com maior confinamento de luz. Isso traz uma oportunidade para efeitos polaritônicos quânticos que podem ser usados ​​para detecção e computação quântica.

A análise teórica, liderada pelo Dr. Oleksandr Kyriienko, mostra que o deslocamento de fase de um único polariton observado pode ser aumentado ainda mais e, por micropilares em cascata, oferece um caminho para portões quânticos polaritônicos.

Efeitos quânticos com feixes de luz fracos podem, por sua vez, ajudar a detectar produtos químicos, vazamentos de gás e realizar cálculos em grande velocidade.

A pesquisa é publicada pela Nature Photonics .

Dr. Kyriienko diz que "os resultados experimentais revelam que os efeitos quânticos em um único nível de polariton podem ser medidos em um único micropilar. Do ponto de vista teórico, é importante aumentar os deslocamentos de fase e desenvolver o sistema em um portão de fase controlado óptico. Definitivamente veremos mais esforços para construir redes polaritônicas quânticas como uma plataforma de tecnologia quântica."

Os polaritons provaram ser uma excelente plataforma para óptica não linear, onde as partículas desfrutam de maior coerência devido ao campo da cavidade e forte não linear do espalhamento exciton-exciton.

Anteriormente, experimentos polaritônicos levaram à observação da condensação polaritônica de Bose-Einstein e vários efeitos não lineares macroscópicos, incluindo a formação de sólitons e vórtices. No entanto, a observação de efeitos polaritônicos quânticos no limite de baixa ocupação permanece um campo inexplorado.

O estudo mostra que os polaritons podem sustentar a não linearidade e a coerência em ocupações extremamente pequenas. Isso desencadeia uma busca por sistemas polaritônicos que podem aumentar ainda mais os efeitos quânticos e operar como dispositivos quânticos.

Dr. Paul Walker, o autor correspondente do estudo, explica que eles "usaram micropilares de alta qualidade de arsenieto de gálio fornecidos por colaboradores da Universidade de Paris Saclay, França. Esses pilares confinam modos de polarização diferentes que estão próximos em energia. Bombeando luz em um dos modos (fundamental), sondamos um sinal enviado para outro modo (maior energia) e observamos que a presença de pulso fraco (fóton único) leva à rotação de polarização, o que pode ser visto como uma rotação de fase controlada. "

O autor sênior do estudo Prof Krizhanovskii conclui que "no experimento apresentado, demos um primeiro passo para ver os efeitos de um único polariton. Certamente há espaço para melhorias. De fato, usando cavidades de tamanho menor e otimizando a estrutura que esperamos para aumentar ordens de magnitude de mudança de fase. Isso estabelecerá o estado da arte para futuros chips polaritônicos." + Explorar mais

Aumentando a não linearidade polaritônica com um mecanismo para criar polaron-polaritons