Физики хотят использовать гибридные частицы света в сверхбыстрых оптических чипах

Лазерный импульс падает на тончайшую пленку перовскита, создавая крошечную зону возбуждения. Внутри нее рождаются поляритоны – гибридные квазичастицы, наполовину свет, наполовину материя. Но за границей лазерного пятна материал остается «спящим», и вырваться оттуда сверхбыстрые частицы уже не могут. Ученые из МФТИ и ИТМО впервые создали стабильную оптическую ловушку, которая решает фундаментальную проблему удержания безмассовых частиц.

Физики хотят использовать гибридные частицы света в сверхбыстрых оптических чипах

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.

Читайте также

Смоделирован квантовый механизм передачи информации в клетке

Смоделирован квантовый механизм передачи информации в клетке

Размер кристалла помог предсказать магнитные свойства сложных материалов

Размер кристалла помог предсказать магнитные свойства сложных материалов

Физики создали трехмерный свет и получили квантовые состояния, ранее доступные только в теории

Физики создали трехмерный свет и получили квантовые состояния, ранее доступные только в теории

Животные могли населить Землю на 200 миллионов лет раньше

Животные могли населить Землю на 200 миллионов лет раньше

Ученые воссоздали лицо Homo sapiens возрастом 315 000 лет

Ученые воссоздали лицо Homo sapiens возрастом 315 000 лет

Ученые открыли сверхпроводник I типа, нарушающий симметрию обращения времени

Ученые открыли сверхпроводник I типа, нарушающий симметрию обращения времени

Сверхчувствительный сенсор сделает раннюю диагностику болезней Паркинсона и Альцгеймера

Сверхчувствительный сенсор сделает раннюю диагностику болезней Паркинсона и Альцгеймера

В Китае обнаружен динозавр микрорапторин, меняющий теорию эволюции полета

В Китае обнаружен динозавр микрорапторин, меняющий теорию эволюции полета

Из лабораторий — на работу: 7 компаний, создающих человекоподобных роботов для реального мира

Из лабораторий — на работу: 7 компаний, создающих человекоподобных роботов для реального мира

Почему роботы умеют делать сальто, но до сих пор не могут нормально сложить рубашку

Почему роботы умеют делать сальто, но до сих пор не могут нормально сложить рубашку

Почему невозможно создать абсолютно точную карту Земли, Луны или Марса?

Почему невозможно создать абсолютно точную карту Земли, Луны или Марса?

Первый складной iPhone не стал революцией: с чем придется мириться владельцам iPhone Duo

Первый складной iPhone не стал революцией: с чем придется мириться владельцам iPhone Duo

Ученые МФТИ создали нейросеть по принципу мозжечка

Ученые МФТИ создали нейросеть по принципу мозжечка

Звезда в трехстах световых годах неспешно поглощает коричневого карлика

Звезда в трехстах световых годах неспешно поглощает коричневого карлика

Физики создали почти идентичные фотоны для будущих квантовых сетей

Физики создали почти идентичные фотоны для будущих квантовых сетей

Астрономы впервые нашли планету, «восставшую из пепла» погибшей звезды

Астрономы впервые нашли планету, «восставшую из пепла» погибшей звезды