«Искусственные молекулы» открывают путь к созданию сверхбыстрых поляритонных устройств — Naked Science
Сколтех

«Искусственные молекулы» открывают путь к созданию сверхбыстрых поляритонных устройств

4.5

Исследователи Сколтеха и их коллеги из Кембриджского университета показали, что поляритоны − необычные частицы, которые могут стать основой квантового суперкомпьютера будущего, способны образовывать структуры, по своему поведению напоминающие молекулы. Такие «искусственные молекулы» в перспективе можно будет создавать по запросу с заранее заданными свойствами.

«Искусственные молекулы» открывают путь к созданию сверхбыстрых поляритонных устройств / ©Getty images

Статья с описанием результатов исследования опубликована в журнале Physical Review B Letters. Поляритон представляет собой квантовую частицу, состоящую из фотона и экситона. Благодаря уникальному дуэту света и материи, поляритон открывает широкие перспективы для создания нового поколения устройств на основе поляритонов.

Научные сотрудники Факультета прикладной математики и теоретической физики Кембриджского университета Александр Джонстон и Кирилл Калинин и профессор Центра фотоники и квантовых материалов Сколтеха и Кембриджского университета Наталья Берлофф показали, что геометрически связанные поляритонные конденсаты, присутствующие в полупроводниковых устройствах, способны моделировать молекулы с различными свойствами.

Обычная молекула – это совокупность атомов, связанных в определенном порядке. По своим физическим свойствам молекула, например, молекула воды H2O, существенно отличается от входящих в ее состав атомов, в данном случае, атомов водорода и кислорода. «В нашей работе мы показываем, что кластеры взаимодействующих поляритонных и фотонных конденсатов могут образовывать ряд экзотических и совершенно разных структур – «молекул», воздействовать на которые можно искусственным образом. Эти «искусственные молекулы» и входящие в их состав конденсаты имеют принципиально разные энергетические состояния, оптические свойства и моды колебаний», − рассказывает Александр Джонстон.

В процессе численного моделирования двух, трех и четырех взаимодействующих поляритонных конденсатов исследователи обратили внимание на наличие необычных асимметричных стационарных состояний. При этом лишь некоторые из конденсатов имели одинаковую плотность в основном состоянии. «В ходе дальнейшего исследования мы обнаружили, что такие состояния могут принимать самые разные формы, которыми можно управлять, настраивая отдельные физические параметры системы. На основе этих наблюдений мы сделали предположение о существовании «искусственных поляритонных молекул» и предложили исследовать возможности их использования в квантовых информационных системах», − продолжает Александр Джонстон.

В частности, исследователи рассмотрели так называемую «асимметричную диаду», состоящую из двух взаимодействующих конденсатов с неравным количеством частиц, несмотря на то , что на них попадает одинаковое количество света. При объединении двух диад образуется тетрадная структура, аналогичная в каком-то смысле гомоядерной молекуле, например, молекуле водорода H2. Кроме того, искусственные поляритонные молекулы могут образовывать более сложные структуры, которые можно рассматривать как «искусственные поляритонные соединения».

«Мы не видим никаких препятствий для создания более сложных структур. Так, наше исследование позволило выявить наличие у тетрадных конфигураций широкого спектра экзотических асимметричных состояний, причем в некоторых структурах все конденсаты имели разную плотность (несмотря на одинаковую прочность всех соединений), что позволяет провести аналогию с химическими соединениями», − добавляет Александр Джонстон.

Если в отдельных тетрадных структурах каждую асимметричную диаду рассматривать как отдельный «спин», определяемый ориентацией асимметрии плотности, то это повлечет за собой интересные изменения в степенях свободы системы (независимых физических параметрах, необходимых для определения состояний): за счет наличия «спинов» появится дискретная степень свободы в дополнение к непрерывным степеням свободы, которые определяются фазами конденсата.

Управлять относительной ориентацией каждой из диад можно, варьируя силу связей между ними. Поскольку использование некоторой гибридной дискретно-непрерывной системы может повысить точность и эффективность квантовой информационной системы, исследователи предложили использовать в качестве основы такой системы гибридную тетрадную структуру.

«Кроме того, мы обнаружили множество экзотических асимметричных состояний у триадных и тетрадных систем. Для обеспечения плавного перехода от одного состояния к другому достаточно просто изменить мощность лазера при получении конденсатов.

Учитывая наличие такого свойства, можно предположить, что эти состояния могут стать основой для поляритонной логической системы, которая использует не ноль и единицу как в классических вычислениях, а более широкий набор дискретных состояний. С помощью такой логики можно было бы создавать поляритонные устройства с существенно более низким уровнем рассеивания мощности по сравнению с традиционными методами, причем работающие на несколько порядков быстрее», − отмечает профессор Наталья Берлофф. 

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Сколковский институт науки и технологий — негосударственный технологический университет, расположенный в инновационном центре Сколково. Институт был создан в 2011 году при поддержке Массачусетского технологического института. Модель института предусматривает тесную интеграцию технологического образования, исследовательской работы и предпринимательских навыков. Институт ведёт обучение по программам магистратуры и PhD, рабочий язык — английский.
Позавчера, 11:04
Александр Березин

До массовой термоядерной энергетики 20 лет — и всегда будет 20 лет. Это незатейливая шутка сама стала старой еще 20 лет назад. Общество расстраивается от того, что термояд все никак не могут вывести на промышленный уровень. И лишь Илон Маск считает, что термоядерный реактор вовсе не нужен. Внимательный анализ показывает, что он прав. Даже если все технические проблемы термоядерной энергетики чудесным образом разрешатся, у нее не будет шансов вытеснить конкурентов. Как так вышло, и что тогда спасет человечество от энергетического кризиса?

Вчера, 18:35
Илья Ведмеденко

Египтяне провели учения, на которых французский истребитель Rafale одолел российский Су-35. Оба самолета принадлежат к четвертому поколению.

Вчера, 21:22
Илья Ведмеденко

В Воронеже приступили к строительству первого «самолета Судного дня» нового типа. Машину создают на базе Ил-96-400М. В обозримом будущем такие самолеты заменят воздушные командные пункты Ил-80.

Позавчера, 11:04
Александр Березин

До массовой термоядерной энергетики 20 лет — и всегда будет 20 лет. Это незатейливая шутка сама стала старой еще 20 лет назад. Общество расстраивается от того, что термояд все никак не могут вывести на промышленный уровень. И лишь Илон Маск считает, что термоядерный реактор вовсе не нужен. Внимательный анализ показывает, что он прав. Даже если все технические проблемы термоядерной энергетики чудесным образом разрешатся, у нее не будет шансов вытеснить конкурентов. Как так вышло, и что тогда спасет человечество от энергетического кризиса?

Позавчера, 21:04
Мария Азарова

Ученые подтвердили связь между коронавирусной инфекцией и снижением когнитивных способностей на основе анализа данных более чем 81 тысячи человек.

24 июля
Ольга Иванова

Своими корнями история Армении уходит в глубокую древность и неразрывно связана с историей всего Древнего мира. Но зачастую, зная в деталях историю Рима и Древней Греции, мы в гораздо меньшей степени осведомлены о событиях, происходивших в Античное время в Армении, оказавшейся на перекрестке цивилизаций Запада и Востока. В силу многих причин она не попала в должном объеме в учебники и незнакома тем, кто интересуется историей. Попытаемся хоть немного исправить эту несправедливость.

Позавчера, 11:04
Александр Березин

До массовой термоядерной энергетики 20 лет — и всегда будет 20 лет. Это незатейливая шутка сама стала старой еще 20 лет назад. Общество расстраивается от того, что термояд все никак не могут вывести на промышленный уровень. И лишь Илон Маск считает, что термоядерный реактор вовсе не нужен. Внимательный анализ показывает, что он прав. Даже если все технические проблемы термоядерной энергетики чудесным образом разрешатся, у нее не будет шансов вытеснить конкурентов. Как так вышло, и что тогда спасет человечество от энергетического кризиса?

13 июля
Ольга Иванова

Международная команда ученых идентифицировала ДНК из почвы в грузинской пещере. Благодаря этому исследователям удалось восстановить геном человека возрастом 25 тысяч лет, не имея никаких скелетных останков.

8 июля
Василий Парфенов

Подросток из бельгийского города Остенде стал вторым самым юным обладателем высшего образования в обозримой истории. Он с отличием окончил курс физики в Антверпенском университете и теперь собирается защитить магистерскую степень, а затем и докторскую диссертацию в этой области. Цель у него простая и понятная: увеличение продолжительности жизни человека вплоть до полного бессмертия за счет замены частей тела и органов механическими или искусственными.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: