In einem kürzlich in Nature Communications veröffentlichten Artikel berichten Forscher von Institut für Nanowissenschaften und Nanotechnologie (INN) von der National Atomic Energy Commission und Conicet, dem Balseiro-Institut und dem Paul-Drude-Institut in Berlin, Deutschland, zeigen, dass die Mischung von licht- und schallbegrenzten GHz-Quantenflüssigkeiten zur Entstehung der schwer fassbaren phonorithonischen Quasiteilchen führt: oder ist es wirklich mysteriös? Quantenteilchen die Licht und Mikrowellenton kombiniert. Sie nennen sie „Phononitonen“ und sie sind eine Mischung aus Photonen (Licht), Phononen (Schall) und Exzitonen (Komponenten in Halbleitern).

„Seit mehreren Jahren untersuchen wir neue Wege, wie Licht in Resonanzsystemen mit Schwingungen interagiert, also wie Licht eine Kraft auf Materie ausübt. In diesem Zusammenhang haben wir eine stark verbesserte Licht-Schall-Kopplung demonstriert, die die Tür zur Erforschung neuer physikalischer Phänomene öffnet. „Die Möglichkeit, die Existenz von Phononitonen und ihre Rolle als Vermittler bei der bidirektionalen Umwandlung optischer und Mikrowellensignale nachzuweisen, ist eine Konsequenz früherer Forschungen“, erklärt Alex Faintein, einer der Autoren zusammen mit Andrés Reynoso.

Diese Entdeckung hat ein enormes Veränderungspotenzial die Art und Weise, wie Informationen übertragen werden zwischen Welten Mikrowelle und es OptikBeispielsweise kann die Kommunikation durch diese Technologie effizienter werden.

Die Inspiration für diese Forschung stammt von einem alltäglichen Phänomen: der Energieübertragung zwischen zwei Objekten, die gemeinsam schwingen, beispielsweise zwei Pendelpaaren. Wissenschaftler wenden dieses Konzept auf Quantenlicht und -klang an. Unter bestimmten Kupplungsbedingungen, bekannt als starkes KupplungsregimeDie Energie schwingt ständig zwischen zwei Pendeln, die nicht mehr unabhängig sind, da ihre Frequenz und Abklinggeschwindigkeit nicht mit denen eines ungekoppelten Oszillators übereinstimmen. Im Allgemeinen geht man davon aus, dass beide Pendel die gleiche Frequenz haben, sich also in Resonanz befinden. Das ist jedoch so Hybride Quantensysteme erfordert eine kohärente Informationsübertragung zwischen Oszillatoren mit sehr unterschiedlichen Frequenzen. Um dies zu erreichen, wird in der in Nature Communications veröffentlichten Arbeit auf dieses Szenario verwiesen.

Ein interessanter Bereich, in dem dies angewendet werden kann, ist Quanten-Computing. Obwohl Quantencomputer mit Mikrowellen arbeiten, werden Quanteninformationen am besten mit Photonen übertragen. Eine direkte Umwandlung zwischen diesen beiden Energieformen ist ineffizient, aber Phooniton kann als wirksamer Vermittler dienen.

Die theoretische Grundlage für die starke Kopplung zwischen Licht und Phononen wurde 1982 von Keldysh und Ivanov gelegt, die vorhersagten, dass Halbleiterkristalle Photonen und Phononen über ein weiteres Quasiteilchen mischen könnten: das Exziton-Polariton (im Folgenden Polariton). Polaritonen entstehen durch starke Bindungen zwischen Photonen und Exzitonen. Wenn das Phonon zu arbeiten beginnt, können Sie zwei polaritonische Oszillatoren mit unterschiedlichen Frequenzen genau an die Phononenfrequenz koppeln. Wenn die Kopplung groß genug ist, kommt es zur Bildung eines neuen Quasiteilchens: des Phoonitons, einer Mischung aus Exzitonen, Photonen und Phononen. Aufgrund der strengen experimentellen Anforderungen für die Entstehung von Phonitonen gibt es jedoch nur wenige Berichte über die Bildung von Phonitonen.

Das Forschungsteam stützte sich, wie im vorherigen Absatz erwähnt, auf fundierte wissenschaftliche Theorien und erzeugte diese Quasiteilchen im Labor, wobei es spezielle Fallen verwendete, um ihre Wechselwirkungen zu verstärken. Anschließend nutzten sie ein Gerät, um Mikrowellenschall in das System einzuspeisen, und zeigten, dass sie die Informationsübertragung von Mikrowellen zur Optik und umgekehrt steuern konnten.

In Bezug auf den Beitrag dieser Entdeckung zum wissenschaftlichen Bereich betont Faintein: „Ich glaube, dass es nicht geleugnet werden kann, dass wissenschaftliche Erkenntnisse unsere Wahrnehmung als Menschen der Welt um uns herum und die Art und Weise, wie wir miteinander umgehen, verändert haben.“ dafür. gleich. Unsere Welt wäre nicht das, was sie heute ist, wenn Penicillin nicht entdeckt worden wäre. Dies geschieht jedoch nicht, obwohl heute nicht jeder Mensch auf der Erde über einen leistungsstarken und grenzenlos miteinander vernetzten Computer (Handy) verfügt. Unser Tätigkeitsfeld ist in diesen weiten Bereich eingebettet Informationstechnologie. Dies bringt enorme Chancen und Herausforderungen mit sich. Chancen und Herausforderungen, die nur durch Bildung sinnvoll genutzt werden können.“

Quelle: INN