С помощью спектрометра исследователи зафиксировали поразительный факт: пойманные поляритоны образовали четкие энергетические уровни. На выходе из пленки единый луч света разделился на несколько цветных составляющих. Это прямое доказательство того, что частицы действительно заперты и занимают строго определенные квантовые состояния, а не разлетаются хаотично.
Ключом к успеху стал сам материал. Перовскит оказался идеальной средой: он мягче и дешевле традиционных полупроводников, его можно буквально штамповать как пластилин, создавая микроскопические узоры прямо на поверхности. При этом уникальные квантовые эффекты в нем наблюдаются даже при комнатной температуре, что избавляет от необходимости охлаждать установки до абсолютного нуля.
«Этот баланс притока и потерь энергии создает особые условия, которые позволяют обойти парадокс Клейна и удержать частицы в ловушке», – пояснил ведущий теоретик исследования Антон Налитов из МФТИ.
Открытие имеет прямые выходы на технологии фотонных вычислений. Современные процессоры тратят колоссальную энергию на работу искусственного интеллекта, превращая ее в тепло. Оптические чипы на основе пойманных поляритонов смогут выполнять те же задачи светом. Пока электроны бегают по проводам обычных транзисторов, нагревая кремний, фотон пролетает сквозь структуру за доли наносекунды почти без энергопотерь.
В планах команды – интеграция таких метаповерхностей в дифракционные нейронные сети. Если удастся разместить тысячи подобных ловушек на компактном чипе площадью около квадратного сантиметра, это позволит создать вычислители для обучения больших языковых моделей, распознавания образов и оптимизации логистики. Скорость и энергоэффективность таких систем превзойдут современную электронику в сотни раз.
Результаты исследования опубликованы в журнале Science Advances.
