Поток сжиженных фотонов: итальянские учёные обуздали поляритоны для создания нового класса сверхбыстрых чипов.
Международная группа физиков из Политехнического университета Милана и CNR Nanotec (Италия) совместно с коллегами из Канады и Германии впервые в мире добилась создания конденсата экситонных поляритонов — так называемой «жидкого света» — при комнатной температуре. Ранее для этого требовалось охлаждение до температур, близких к абсолютному нулю (несколько градусов Кельвина). Это открытие, опубликованное в журнале Nature, открывает путь к созданию компьютеров, работающих в миллионы раз быстрее современных.
Что такое «жидкий свет»? Поляритоны представляют собой гибридные квазичастицы, наполовину состоящие из фотонов (света), наполовину — из экситонов (связанных пар электрона и дырки). В особых условиях они могут конденсироваться в единое квантовое состояние, которое ведёт себя как сверхтекучая жидкость — нечто среднее между жидкими водой и лазерным излучением. Ключевой прорыв итальянских учёных — создание микрорезонатора из органических полупроводников и двумерных материалов (дисульфида вольфрама). В этой структуре поляритоны при комнатной температуре образовали сверхтекучую фазу, в которой фотоны движутся без рассеяния и потерь энергии.
Практическое применение: на основе «жидкого света» можно создавать оптические транзисторы, работающие со скоростью порядка фемтосекунд (10⁻¹⁵ секунды), что в 10 000 раз быстрее современных кремниевых чипов. При этом энергопотребление будет ничтожно малым — практически без выделения тепла. В перспективе это позволит создавать фотонные компьютеры, которые будут решать задачи оптимизации и машинного обучения за секунды вместо дней. По оценкам разработчиков, промышленный прототип может появиться в течение пяти лет.
Российские физики из МФТИ и Физического института имени П.Н. Лебедева РАН также ведут исследования в области поляритонной конденсации, но пока работают в основном при криогенных температурах. Открытие итальянцев задаёт новый стандарт и открывает гонку за создание «светового» компьютера.
