Sebuah rongga kecil menyebabkan interaksi yang kuat antara cahaya dan materi – Sains Terkini


Para peneliti telah berhasil menciptakan antarmuka materi cahaya mekanika kuantum yang efisien menggunakan rongga mikroskopis. Di dalam rongga ini, satu foton dipancarkan dan diserap hingga 10 kali oleh atom buatan. Ini membuka prospek baru untuk teknologi kuantum, lapor fisikawan di University of Basel dan Ruhr-University Bochum dalam jurnal Alam.

Fisika kuantum menggambarkan foton sebagai partikel cahaya. Mencapai interaksi antara foton tunggal dan atom tunggal adalah tantangan besar karena ukuran atom yang sangat kecil. Namun, mengirimkan foton melewati atom beberapa kali melalui cermin secara signifikan meningkatkan kemungkinan interaksi.

Untuk menghasilkan foton, para peneliti menggunakan atom buatan, yang dikenal sebagai titik kuantum. Struktur semikonduktor ini terdiri dari akumulasi puluhan ribu atom, tetapi berperilaku seperti atom tunggal: ketika mereka bersemangat secara optik, keadaan energi mereka berubah dan mereka memancarkan foton. "Namun, mereka memiliki keunggulan teknologi yang dapat ditanamkan dalam chip semikonduktor," kata Dr. Daniel Najer, yang melakukan percobaan di Departemen Fisika di University of Basel.

Sistem quantum dot dan mikrokavitas

Biasanya, partikel-partikel cahaya ini terbang ke segala arah seperti bola lampu. Namun, untuk eksperimen mereka, para peneliti menempatkan titik kuantum dalam rongga dengan dinding reflektif. Cermin melengkung memantulkan foton yang dipancarkan bolak-balik hingga 10.000 kali, menyebabkan interaksi antara cahaya dan materi.

Pengukuran menunjukkan bahwa satu foton dipancarkan dan diserap hingga 10 kali oleh titik kuantum. Pada tingkat kuantum, foton ditransformasikan menjadi keadaan energi yang lebih tinggi dari atom buatan, di mana titik foton baru dibuat. Dan ini terjadi sangat cepat, yang sangat diinginkan dalam hal aplikasi teknologi kuantum: satu siklus hanya berlangsung 200 picoseconds.

Konversi energi kuantum dari titik kuantum ke foton dan kembali lagi secara teoritis didukung dengan baik, tetapi "tidak ada yang pernah mengamati osilasi ini dengan sangat jelas sebelumnya," kata Profesor Richard J. Warburton dari Departemen Fisika di University of Basel. .

Interaksi serial cahaya dan materi

Eksperimen yang berhasil sangat signifikan karena tidak ada interaksi foton-foton langsung. Namun, interaksi terkontrol diperlukan untuk digunakan dalam pemrosesan informasi kuantum.

Dengan mengubah cahaya menjadi materi sesuai dengan hukum fisika kuantum, interaksi antara foton individu menjadi tidak langsung – yaitu, melalui jalan memutar keterikatan antara foton dan satu putaran elektron yang terperangkap dalam titik kuantum. Jika beberapa foton terlibat, gerbang kuantum dapat dibuat melalui foton terjerat. Ini adalah langkah penting dalam generasi qubit fotonik, yang dapat menyimpan informasi melalui keadaan kuantum partikel cahaya dan mentransmisikannya dari jarak jauh.

Kolaborasi internasional

Percobaan berlangsung dalam rentang frekuensi optik dan menempatkan tuntutan teknis tinggi pada ukuran rongga, yang harus disesuaikan dengan panjang gelombang, dan reflektifitas cermin, sehingga foton tetap berada di rongga selama mungkin.

Titik-titik kuantum semikonduktor dan satu cermin rongga dibuat oleh tim yang dipimpin oleh Profesor Andreas D. Wieck dan Dr. Arne Ludwig di Ruhr-University Bochum; cermin lainnya dibuat di Université de Lyon. Dukungan teoretis diberikan oleh kelompok teori optik kuantum yang dipimpin oleh Profesor Nicolas Sangouard di Universitas Basel.

Sumber daya keuangan untuk para peneliti Basel berasal dari NCCR QSIT, Yayasan Ilmu Pengetahuan Nasional Swiss dan Horizon 2020.

Referensi:

Material disediakan oleh Universitas Basel. Catatan: Konten dapat diedit untuk gaya dan panjangnya.

You may also like...

Leave a Reply

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.