Исследователи из Университета Небраски-Линкольн и Калифорнийского университета в Беркли разработали новое фотонное устройство, которое может приблизить ученых к «Святому Граалю» — поиску глобального минимума математических формулировок при комнатной температуре. Обнаружение этого иллюзорного математического значения станет большим шагом вперед в открытии новых возможностей для моделирования с использованием квантовых материалов.

«Многие научные вопросы в значительной степени зависят от возможности найти это математическое значение», — сказал Вэй Бао, доцент кафедры электротехники и вычислительной техники из Небраски. Поиск может быть сложным даже для современных компьютеров, особенно когда размерность параметров, обычно используемых в квантовой физике, чрезвычайно велика.

До сих пор исследователи могли делать это только с помощью устройств оптимизации поляритона при чрезвычайно низких температурах, около минус 270 градусов по Цельсию. Бао сказал, что команда из Небраски и Калифорнийского университета в Беркли «нашла способ объединить преимущества света и материи при комнатной температуре, подходящий для этой большой задачи оптимизации».

Устройства используют квантовые квазичастицы полусвета и полуматерии, известные как экситон-поляритоны, которые недавно появились в качестве твердотельной аналоговой платформы фотонного моделирования для квантовой физики , такой как конденсация Бозе-Эйнштейна и сложные модели спина XY.

«Наш прорыв стал возможен благодаря внедрению выращенного в растворе галоидного перовскита, известного материала для сообществ солнечных элементов, и выращивании его в условиях наноограничения», — сказал Бао. «Это приведет к получению исключительно гладких монокристаллических крупных кристаллов с большой оптической однородностью, о которой ранее никогда не сообщалось при комнатной температуре для поляритонной системы».

Бао является соответствующим автором статьи об этом исследовании, опубликованной в Nature Materials .

«Это захватывающе», — сказал Сян Чжан, сотрудник Бао, в настоящее время президент Гонконгского университета, но который завершил это исследование в качестве преподавателя машиностроения в Калифорнийском университете в Беркли. «Мы показываем, что спиновая решетка XY с большим количеством когерентно связанных конденсатов может быть построена как решетка размером до 10×10».

Свойства его материала также могут позволить будущие исследования при комнатной температуре, а не при сверхнизких температурах. Бао сказал: «Мы только начинаем изучать потенциал системы комнатной температуры для решения сложных задач. Наша работа — это конкретный шаг к долгожданной платформе квантового моделирования твердотельного тела при комнатной температуре.

«Метод синтеза раствора, о котором мы сообщали, с превосходным контролем толщины большого сверходнородного галогенидного перовскита, может позволить провести множество интересных исследований при комнатной температуре без необходимости в сложном и дорогом оборудовании и материалах», — добавил Бао. Это также открывает двери для моделирования больших вычислительных подходов и многих других приложений устройств, ранее недоступных при комнатной температуре.

Этот процесс имеет важное значение в высококонкурентную эпоху квантовых технологий, которые, как ожидается, изменят области обработки информации, восприятия, связи, визуализации и многого другого.

Небраска определила квантовую науку и инженерию как одну из своих главных задач. Это было названо приоритетом исследований из-за опыта университета в этой области и влияния, которое исследования могут оказать на захватывающую и многообещающую область.