Mikrokavitetsfremstillede plasmoniske resonanser til stærk lys-stof-interaktion

At opnå stærk lys-stof-interaktion på kvante-niveau har altid været en central opgave i kvantefysikken siden fremkomsten af ​​kvanteinformation og kvantekontrol. Imidlertid, skalaens uoverensstemmelse mellem kvanteemitterne (nanometer) og fotoner (mikrometer) gør opgaven udfordrende. Metalliske nanostrukturer løser uoverensstemmelsen ved at presse lyset ind i nanoskala volumen, men deres alvorlige spredning gør kvantekontrol usandsynlig. Nu, en gruppe ledet af Xiao Yun-Feng ved Peking University (Kina) har teoretisk vist, at den stærke lys-stof-interaktion på kvantenniveau kan opnås ved hjælp af mikrokavitets-konstruerede metalliske nanostrukturer. Dette resultat er blevet offentliggjort i en nylig udgave af Fysisk gennemgangsbreve .

Stærk kobling er grundlæggende for implementering af kvanteporte i kvantecomputere og også afgørende for at øge signal-støj-forholdet i registreringsapplikationer. For at realisere en stærk kobling, den sammenhængende interaktionsstyrke bør overstige systemdissipationshastighederne. Selvom de metalliske nanostrukturer giver en høj interaktionshastighed, de afledninger, der er iboende for metaller, er normalt endnu stærkere. Som resultat, stærk kobling i metalliske nanostrukturer er kun blevet realiseret under ekstreme eksperimentelle forhold.

I dette arbejde, forskerne rapporterer, at spredningen kan undertrykkes ved at konstruere det elektromagnetiske miljø af metalliske nanostrukturer. En optisk mikrokavitet tilvejebringer et ikke-trivielt elektromagnetisk miljø, der væsentligt udvider den strålende udgangskanal for de metalliske nanostrukturer, styre energien ud fra det dissipative område og dermed undertrykke spredningerne. Med en sådan grænseflade, energi og information kan styres ud fra den enkelte kvanteemitter ved både høj hastighed og høj effektivitet.

"Teoretisk model viser, at mikrostrukturer konstruerede metalliske strukturer kan øge strålingseffektiviteten af ​​en kvanteemitter med 40 gange og strålingsudgangshastigheden med 50 gange, sammenlignet med metalliske nanostrukturer i vakuumet ", sagde Peng Pai, der var bachelor på Peking University og nu er ph.d. studerende ved Massachusetts Institute of Technology. Vigtigere, reversibel energiudveksling mellem foton og kvanteemitter med THz -hastighed kan opnås, manifesterer den stærke lys-stof-interaktion på kvante-niveau.

"Vores tilgang til at reducere spredning er ikke begrænset af skalaen, form, og materiale af de metalliske nanostrukturer, "sagde professor Xiao." I kombination med tidligere tilgange, det er lovende at bygge den topmoderne lysstof-grænseflade på nanoskala ved hjælp af mikrokavitets-konstruerede metalliske nanostrukturer, tilvejebringelse af en ny platform for undersøgelse af kvanteplasmonik, behandling af kvanteoplysninger, præcis sansning og avanceret spektroskopi. "