Физики создали однофотонный переключатель на основе двумерных полупроводников
Однофотонные переключатели — ключевой элемент квантовых вычислительных устройств. Теперь ученые показали, как можно увеличить эффективность таких систем
Способность включать и выключать физический процесс при помощи одного фотона — один из главных строительных блоков будущих квантовых фотонных компьютеров. Для этого необходимо создать устройства, способные поддерживать высокий уровень нелинейно-оптических взаимодействий.
В твердотельных системах самыми привлекательными кандидатами для реализации нелинейностей на квантовом пределе являются экситонные поляритоны — квазичастицы, возникающие в результате объединения электронных возбуждений (экситонов) и фотонов. Теперь физики показали, что для создания сильных нелинейно-оптических взаимодействий можно использовать «ридберговские состояния» в твердотельных материалах.
Для этого исследователи охлаждали до различных температур образец двумерного полупроводника — диселенида вольфрама (WSe2). В результате ученые наблюдали появление в материале экситонных поляритонов большого размера, которые обеспечивали высокую степень нелинейности.
По словам авторов, их открытие представляет собой первый шаг к генерации сильных фотонных взаимодействий в твердотельных системах. Исследованием уже заинтересовались представители Армии США. Согласно им, работа физиков может помочь в создании систем по обработке информации со сверхнизким потреблением энергии и вычислений для мобильных армейских платформ, таких как беспилотники. Также оптическая нелинейность в фотонных вычислительных системах позволят снизить потребление энергии устройствами и увеличить их производительность.
Статья опубликована в журнале Nature Communications.
