Anvendelse af kvante-urenhedsteori til kvantefluider af lys

En Monash-ledet undersøgelse udvikler en ny tilgang til direkte at observere korrelerede, mange-krop-tilstande i et exciton-polariton-system, der går ud over klassiske teorier.

Undersøgelsen udvider brugen af ​​kvanteurenhedsteori, i øjeblikket af betydelig interesse for det kolde atomfysiske samfund, og vil udløse fremtidige eksperimenter, der demonstrerer mange-krops kvantekorrelationer af mikrokavitetspolitroner.

Undersøgelse af kvantevæsker

"Exciton-polaritons giver en legeplads, hvor man kan udforske kvantevæsker ved stuetemperatur, og de nye egenskaber ved mange-krops-ikke-ligevægtssystemer, "siger studieforfatter A/Prof Meera Sogn.

Imidlertid, på trods af deres iboende kvantekarakter som superpositioner af stof og lys, de nyeste resultater kan beskrives gennem fysikken i ikke-lineær, klassiske bølger.

Den nye undersøgelse viser, hvordan man kan sondre ud over middel-felt kvantekorrelationer i et mange-krops polaritonsystem gennem kvanteurenhedsfysik, hvor en mobil urenhed er klædt på af excitationer af et kvantemekanisk medium, og dermed danne en ny polaronisk kvasipartikel, der trodser en middelfeltbeskrivelse.

"At observere ud over middel-felt kvantekorreleret adfærd med polaritoner er en vigtig milepæl i retning af at bruge polaritoner til kvanteteknologier, "forklarer hovedforfatter Dr. Jesper Levinsen, som er ARC Future Fellow og samarbejdspartner i A/Prof Parish i Monash University's School of Physics and Astronomy.

På niveau med få partikler, der har for nylig været fremskridt med at opnå svag anti-bundtning og polariton-blokade i et fiberhulrum, hvor indeslutning af fotoner øger ikke-lineariteter.

Tilsvarende kompleks multidimensionel spektroskopi er blevet brugt til at studere kvantekorrelationer. Imidlertid, eksperimenter, der viser ud over middel-felt kvantekorreleret adfærd på mange-kropsniveau, er stadig ufarlige.

Undersøgelsen giver en alternativ rute til at udforske sådanne korrelationer, gør brug af pumpesonde-spektroskopimetoder, som allerede er blevet påvist ved forsøg.

"Vores fund matcher resultaterne af disse forsøg, men viser, at eksperimenter hidtil har savnet regimet, hvor multi-point kvantekorrelationer kan ses, «siger Dr. Levinsen.

Studiet

"Spektroskopiske signaturer af kvante mange-kropskorrelationer i polaritons mikrokaviteter" blev offentliggjort i Fysisk gennemgangsbreve i december 2019.

Samt støtte fra Australian Research Council (Centers of Excellence and Future Fellowship), finansiel støtte blev ydet af Ministerio de Economia Competitividad (MINECO), Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC) og Simons Foundation, og der blev udført arbejde på Aspen Center for Physics.

Parish og Levinsen er teoretiske fysikere, der undersøger og beskriver matematisk adfærden hos store grupper af interagerende kvantepartikler, såsom atomer eller elektroner, som kan udvise eksotisk adfærd, såsom overflødighed, hvor de flyder uden at støde på modstand.

A/Prof Parish er den førende nuværende forsker, der studerer, hvordan en så kompleks kollektiv adfærd stammer fra egenskaberne ved små grupper af kvantepartikler (et felt kendt som fåkropsfysik).

Dette arbejde udvider vores grundlæggende viden om kvantefysik i systemer, der spænder fra kolde atomgasser til halvleder i halvleder, og har potentiale til at understøtte en ny generation af næsten nul modstand, ultra-lavenergi elektroniske enheder, efterspurgt af FLEET.