Gli scienziati manipolano i fluidi quantistici della luce, avvicinandoci al calcolo non convenzionale di prossima generazione / Scientists manipulate quantum fluids of light, bringing us closer to next-generation unconventional computing

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

Schema di una microcavità organica a doppia colorazione con profili di eccitazione a due colori che creano un condensato di polaritoni al centro di una forma ad anello. /

Schematic of a double-dye organic microcavity with two-color excitation profiles creating a polariton condensate in the center of a ring shape. 

In un salto di qualità verso il futuro delle tecnologie informatiche non convenzionali, un gruppo di fisici ha fatto un progresso nella manipolazione spaziale e nel controllo energetico dei fluidi quantistici di luce a temperatura ambiente, ovvero i condensati polaritonici, segnando una pietra miliare fondamentale per lo sviluppo di tecnologie informatiche ad alta velocità. dispositivi logici polaritonici completamente ottici che da tempo detengono la chiave per l'informatica non convenzionale di prossima generazione, secondo un articolo recentemente pubblicato su Physical Review Letters.

I polaritoni, particllle ibride formate dall'accoppiamento di luce e materia, sono solitamente descritti come un fluido quantistico di luce che si può controllare attraverso la sua componente materiale. Ora, i ricercatori hanno compiuto un enorme passo avanti introducendo un nuovo approccio per il controllo spaziale attivo dei condensati di luce liquida a temperatura ambiente.

Ciò che distingue questo sviluppo è la capacità di manipolare i condensati di polaritoni senza fare affidamento sui profili di eccitazione dei polaritoni comunemente utilizzati. Gli scienziati hanno compiuto questa impresa introducendo uno strato aggiuntivo di copolimero all’interno della cavità, uno strato debolmente accoppiato che rimane non risonante alla modalità della cavità. Questa mossa apparentemente semplice ma incredibilmente ingegnosa ha aperto le porte ad una vasta gamma di possibilità.

Saturando parzialmente l' assorbimento ottico in questo strato semiconduttore disaccoppiato utilizzando un'eccitazione del fascio bicolore, i ricercatori hanno consentito la modulazione ultraveloce dell'indice di rifrazione effettivo contemporaneamente alla formazione di un condensato di polaritoni. Attraverso la meraviglia dell'assorbimento nello stato eccitato, hanno svelato i segreti della dissipazione dei polaritoni indotta localmente.

L’intricata interazione di questi meccanismi, come pezzi di un puzzle splendidamente progettato, ha dato origine a un controllo senza precedenti sul profilo spaziale, sulla densità e sull’energia di un condensato di polaritoni, il tutto a temperatura ambiente.

"Questa svolta inaugura una nuova era di piattaforme di polaritoni organici progettate per costruire una solida base per il campo del calcolo della luce liquida in condizioni ambientali. Domando le affascinanti proprietà delle forti interazioni luce-materia, possiamo sfruttare tutto il potenziale dei polaritoni e liberarci dai vincoli delle tradizionali architetture delle cavità. Stiamo assistendo al futuro della tecnologia svolgersi davanti ai nostri occhi", afferma Anton Putintsev, ricercatore presso il Laboratorio di fotonica ibrida di Skoltech e mente trainante di questo lavoro.

Con questo sviluppo, gli scienziati hanno ora il potere di progettare dispositivi logici polaritici completamente ottici che sfruttano i vantaggi della modulazione dell’indice di rifrazione ultraveloce della microcavità come un altro parametro di sintonizzazione indipendente e in tempo reale. Consente inoltre l'integrazione di tali assorbitori debolmente accoppiati in microcavità di disegno laterale che è stato recentemente proposto per portare le piattaforme di polaritoni nel piano di un dominio circuitale di chip fotonico.

ENGLISH

In a quantum leap toward the future of unconventional computing technologies, a team of physicists made an advancement in spatial manipulation and energy control of room-temperature quantum fluids of light, aka polariton condensates, marking a pivotal milestone for the development of high-speed, all-optical polariton logic devices that have long held the key to next-generation unconventional computing, according to a recently published paper in Physical Review Letters.

Polaritons, hybrid particles formed by the coupling of light and matter, are usually described as a quantum fluid of light that one can control through its matter component. Now, researchers have taken a monumental step forward by introducing a novel approach for active spatial control of liquid light condensates at room temperature.

What sets this development apart is the ability to manipulate polariton condensates without relying on the commonly utilized excitation profiles of polaritons. The scientists accomplished this feat by introducing an additional layer of copolymer within the cavity—a weakly coupled layer that remains nonresonant to the cavity mode. This seemingly simple yet incredibly ingenious move has opened the door to a wealth of possibilities.

By partially saturating the optical absorption in this uncoupled semiconductor layer using a two-color beam excitation, the researchers have enabled ultrafast modulation of the effective refractive index simultaneously with the formation of a polariton condensate. Through the marvel of excited-state absorption, they have unlocked the secrets of locally induced polariton dissipation.

The intricate interplay of these mechanisms, like pieces of a beautifully designed puzzle, has given rise to unparalleled control over the spatial profile, density, and energy of a polariton condensate—all at room temperature.

"This breakthrough ushers in a new era of organic polariton platforms designed to build a strong foundation for the field of liquid light computing at ambient conditions. By taming the fascinating properties of strong light-matter interactions, we can harness the full potential of polaritons and break free from the constraints of traditional cavity architectures. We are witnessing the future of technology unfold before our very eyes," says Anton Putintsev, a research scientist at Skoltech's Laboratory of Hybrid Photonics and the driving mind behind this work.

With this development, scientists now have the power to design all-optical polariton logic devices that harness the benefits of ultrafast microcavity refractive index modulation as another independent, real-time tuning parameter. It also enables the integration of such weakly coupled absorbers in microcavities of a lateral design that has been recently proposed to bring polariton platforms into the plane of a photonic chip circuitry domain.

Da:

https://phys.org/news/2023-10-scientists-quantum-fluids-closer-next-generation.html?fbclid=IwAR1z4NAW_0pdctZ3lmdN4Uy5MHpOQIBZuKKDiZprs5w43IlYDZfRaoQwNYE