«Искусственные молекулы» открывают путь к созданию сверхбыстрых поляритонных устройств — Naked Science
9 минут
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.
8 часов назад
2 минуты
Илья Ведмеденко

В Сеть выложили фотографии строящегося первого опытного образца нового легкого самолета ЛМС-901. Поднять машину в небо ранее хотели в конце этого года.

Вчера, 21:38
5 минут
Мария Азарова

Разработчики российского препарата решили пересчитать данные о его эффективности с учетом вакцинации 3,8 миллиона россиян с 5 декабря 2020-го по 31 марта 2021 года.

8 часов назад
5 минут
Сергей Васильев

Анализ геномов морских коров показал, что эти малоподвижные животные были обречены вымереть задолго до встречи с человеком.

16 апреля
4 минуты
Илья Ведмеденко

Исследователи установили, что обнаруженный в Баренцевом море объект — погибшая советская субмарина типа «Крейсерская». Это одна из самых больших подлодок СССР периода Второй мировой.

16 апреля
8 минут
Александр Березин

Исследователь из Гарварда проанализировал вероятность полного оледенения всей поверхности — включая экватор — для планет земного типа. Оказалось, это частый сценарий. И он может быть причиной уничтожения всей сложной жизни. Работа показывает неожиданную уязвимость нашей планеты для такого хода событий. По расчетам, в последние 20 тысяч лет Земля прошла буквально в нескольких градусах от полного и постоянного оледенения, исключающего выживание крупных наземных многоклеточных.

Позавчера, 21:00
7 минут
Василий Парфенов

Уже этой осенью в путешествие отправится крупнейший из созданных человеком космических телескопов — JWST. Он не только сменит на «посту» стремительно устаревающего «Хаббла», но и существенно раздвинет границы нашего понимания Вселенной. Американские астрономы с помощью моделирования показали, насколько быстро этот научный инструмент сможет обнаружить биосигнатуры в атмосферах планет у других звезд.

25 марта
36 минут
Александр Березин

Улыбающийся мультимиллиардер планирует понять, насколько эффективно мел в стратосфере защищает планету от солнечного света, и если результат хорош, распылить его там в гигантских количествах. Потенциально это результативная задумка: ученые давно показали, что так можно добиться полного покрытия Земли устойчивыми льдами — вплоть до экватора. Увы, идея Гейтса — плагиат, причем не лучший. Советский исследователь предложил похожее полвека назад с более эффективной серой. Интереснее другое: подобные мероприятия один раз едва не уничтожили человечество. Разбираемся в деталях, а также в том, грозит ли нам повторение.

31 марта
51 минута
Александр Березин

Самый зловещий оружейный проект всех времен и народов — термоядерная торпеда, предназначенная для радиационного поражения огромных площадей и создания искусственного цунами. Никогда до этого ни одна страна даже не заявляла о намерении сделать нечто настолько опасное для живых существ. Поэтому российский проект «Посейдон», обещающий именно это, вызывает бурю эмоций. Однако тщательный технический анализ показывает: в реальности он будет совсем не таким, как об этом пишут в СМИ. Даже если он предназначен для радиационного поражения обширных площадей, оно не будет долгим. А уже через год «омытые» им районы будут абсолютно безопасны. Тем не менее новая система действительно изменит стратегический баланс на планете — но не так, как все думают. Попробуем разобраться в ситуации подробнее.

26 марта
12 минут
Василий Парфенов

Похоже, история с американскими военными и «неопознанными воздушными феноменами» только набирает обороты. Новое расследование раскрыло многократные встречи нескольких кораблей Военно-морского флота Соединенных Штатов с аномально ведущими себя летательными аппаратами. Причем происходило это вне пределов досягаемости для любого коммерческого дрона или иного известного компактного БПЛА.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

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: