Diabolske punkter i koblede aktive hulrum med kvanteemittere

Diaboliske punkter (DP'er) introducerer måder til at studere topologisk fase og ejendommelig energispredning. Forskere i Kina og partnere fra Det Forenede Kongerige demonstrerede DP'er i stærkt koblede aktive mikrodiske. En ny makroskopisk kontrol af tilbagespredning baseret på konkurrencen mellem defekter og kvanteemittere blev brugt til at opnå DP'er. Dette arbejde baner vejen for at integrere DP'er og mere eksotiske fænomener i kvanteinformationsprocesser med kvanteemittere, og vil inspirere til yderligere forskning med UP'er.

DP'er stammer fra parameterafhængige degenerationer af et systems energiniveauer. På grund af den topologiske Berry-fase, DP'er spiller en grundlæggende rolle i fysisk og kemisk dynamik, såsom ejendommelig fotonik i 2-D materialer eller kondenseret stof systemer, der giver topologisk kvantebehandling. I mellemtiden aktive emittere i fotoniske strukturer er essentielle for den sammenhængende elektron-foton-grænseflade i det kvantefotoniske netværk. Derfor, realisering af DP'er i aktive fotoniske strukturer kan i høj grad gavne implementeringen af ​​kvanteinformationsbehandling og opskalering i kvantenetværket. Imidlertid, flere kvanteemittere i aktive hulrum er normalt tilfældigt placeret, hvilket resulterer i symmetrisk og ukontrollerbar tilbagespredning, som forbyder en degeneration med kun trivielle egentilstande. Som resultat, den sammenhængende grænseflade mellem elektroner og fotoner ved DP'er er svær at opnå.

I et blad nyligt offentliggjort i Lysvidenskab og anvendelse , forskere fra Institut for Fysik, Det kinesiske videnskabsakademi og kolleger demonstrerer DP'er i to stærkt koblede mikrodiske med indlejrede kvanteprikker (QD'er). På grund af det er den individuelle kontrol af hver QD umulig, en makroskopisk kontrol af tilbagespredning blev foreslået baseret på konkurrencen mellem to typer scatterere (QD'er og defekter), som løser problemet med lav kontrollerbarhed. Gennem optimering, en afbalanceret konkurrence blev opnået med succes med tilbagespredning af koblingsstyrke fra negativ til positiv i enkelte mikrodiske, tydeligt demonstreret af den eksperimentelle statistik. Desuden, sammenlignet med enkelte mikrodiske med todimensionelle Hamiltonianere, to stærkt koblede mikrodiske har supermodes med firedimensionelle Hamiltonianere. Spektrene påvirkes ikke kun af de absolutte tilbagespredningskoblingsstyrker, men også deres tegn. Dermed, koblede hulrum er en god platform til at studere den grundlæggende fysik i tilbagespredning og gøre DP mulig. Hermitiske degenerationer ved DP'er blev observeret, når tilbagespredningskoblingsstyrkerne i to mikrodiske har den samme absolutte værdi, men i modsatte fortegn.

Ved DP af to koblede hulrum, systemet har egenrum, hvor faserne af to mikrodiske har en ikke-lineær korrelation, hvilket indikerer et kontrollerbart faseskift mellem dem. Derfor, de to koblede hulrum er et potentiale i retningsbestemt laser- og kvantefasekontrol. I øvrigt, når interaktionen mellem emittere og hulrum forbedres i fremtiden, dette system kan forudsiges med en vigtig rolle i at studere kvante-DP-adfærd og integrere fotoner ved DP'er i kvantenetværk.

"De tilfældigt placerede kvanteprikker og defekter er meget svære at kontrollere og kan resultere i symmetrisk backscattering. Vi introducerede den makroskopiske kontrol baseret på konkurrencen mellem forskellige typer scatterere og opnåede tilbagespredningskoblingsstyrke med både negative eller positive værdier."

"Vi demonstrerede eksperimentelt et par DP'er i spektrene med to stærkt koblede mikrodiske, som er forskellige fra den almindelige DP uden tilbagespredning eller i et enkelt perfekt mikrohulrum. DP'er her kan producere ikke-lineær korrelation med et faseskift mellem to mikrodiske, med potentiel anvendelse i optisk kvanteinformationsbehandling, topologisk optik og fundamental fysik ved DP'er ved hjælp af fotoniske strukturer, " sagde forskerne.