Teamet laver en enkelt foton-switch frem

Evnen til at tænde og slukke for en fysisk proces med kun én foton er en grundlæggende byggesten for kvantefotoniske teknologier. At realisere dette i en chip-skala arkitektur er vigtigt for skalerbarhed, som forstærker et gennembrud af City College of New York-forskere ledet af fysikeren Vinod Menon. De har for første gang demonstreret brugen af ​​"Rydberg-tilstande" i faststofmaterialer (tidligere vist i kolde atomgasser) for at øge ikke-lineære optiske interaktioner til hidtil usete niveauer i faststofsystemer. Denne bedrift er et første skridt i retning af at realisere chip-skala skalerbare single photon switches.

I solid state-systemer, exciton-polaritoner, halvlette halvstof kvasipartikler, som er resultatet af hybridisering af elektroniske excitationer (excitoner) og fotoner, er en attraktiv kandidat til at realisere ulineariteter ved kvantegrænsen. "Her indser vi disse kvasipartikler med Rydberg-excitoner (exciterede tilstande af excitoner) i atomisk tynde halvledere (2D-materialer), " sagde Menon, formand for fysik i City Colleges Science Division. "Exciterede tilstande af excitoner på grund af deres større størrelse, viser forbedrede interaktioner og lover derfor at få adgang til kvantedomænet af enkeltfoton-ulineariteter, som tidligere demonstreret med Rydberg-tilstande i atomare systemer."

Ifølge Menon, demonstrationen af ​​Rydberg exciton-polaritoner i todimensionelle halvledere og deres forbedrede ikke-lineære respons præsenterer det første skridt mod generering af stærke fotoninteraktioner i faststofsystemer, en nødvendig byggesten for kvantefotoniske teknologier.

Jie Gu, en kandidatstuderende, der arbejder under Menons supervision, var den første forfatter til undersøgelsen med titlen "Forbedret ikke-lineær interaktion af polaritoner via excitoniske Rydberg-tilstande i monolag WSe2, " som vises i Naturkommunikation. Holdet inkluderede også forskere fra Stanford, Columbia, Aarhus og Montreal Polytekniske Universiteter.

"Professor Menons og hans medarbejderes forskning kan have en enorm indflydelse på hærens mål for ultra-lavenergi informationsbehandling og databehandling til mobile hærplatforme såsom ubemandede systemer, " sagde Dr. Michael Gerhold, programleder ved U.S. Army Combat Capabilities Development Command, kendt som DEVCOM, Hærens forskningslaboratorium. "Optisk kobling og ikke-lineariteter, der bruges i fremtidige computerparadigmer, der bruger fotonik, ville drage fordel af dette fremskridt. Sådanne stærke koblingseffekter ville reducere energiforbruget og muligvis hjælpe med computerens ydeevne."