Исследователи из Университета Райса разработали инновационный метод управления световыми взаимодействиями с использованием 3D фотонно-кристаллической полости. Их работа, опубликованная в Nature Communications, открывает новые возможности для квантовых вычислений, коммуникаций и других технологий.
Дзюнъитиро Коно. Фото: Джордж Видал / Университет Райса.
Оптическая полость, подобная комнате с зеркалами, удерживает свет, создавая резонансные моды, которые усиливают взаимодействие света и материи. Это может быть полезно для квантовой обработки информации, создания лазеров и фотонных схем.
Команда изучила, как множественные моды полости взаимодействуют с электронами в магнитном поле. Они обнаружили, что свет и вещество могут образовывать гибридные состояния, называемые поляритонами, которые полезны для квантовых технологий.
В режиме сверхсильной связи фотоны и электроны взаимодействуют настолько интенсивно, что обмен энергией происходит быстрее, чем рассеивание. Это открывает путь к новым квантовым состояниям и алгоритмам.
Исследователи использовали терагерцовое излучение для наблюдения за взаимодействиями, что требовало экстремальных условий, таких как сверхнизкие температуры и сильные магнитные поля. Они также выяснили, что поляризация света влияет на взаимодействие мод полости.
По словам Дзюнъитиро Коно, это исследование закладывает основу для разработки квантовых процессоров, высокоскоростной передачи данных и датчиков нового поколения.
Работа демонстрирует, как 3D фотонно-кристаллические полости могут усиливать связь света и материи, а также индуцировать фотон-фотонные взаимодействия через электроны. Это открывает новые горизонты в квантовой науке и технологиях.
Дополнительная информация: Fuyang Tay et al, Multimode ultrastrong coupling in three-dimensional photonic-crystal cavities, Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-58835-x
Источник: https://phys.org/news/2025-04-quantum-ultrastrong-coupling-particles.html