新突破!CCNY团队向芯片级可扩展单光子开关迈出第一步

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利用一个光子开启和关闭物理过程的能力是量子光子技术的基本组成部分。在芯片规模的架构中实现这一点对可伸缩性很重要,物理学家维诺德·梅农(Vinod Menon)领导的纽约城市学院研究人员有了新的突破。他们首次展示了在固态材料中使用“里德伯格态”(之前在冷原子气体中显示)来增强固态系统中的非线性光学相互作用,达到前所未有的水平。这是实现芯片级可扩展单光子开关的第一步。

新突破!CCNY团队向芯片级可扩展单光子开关迈出第一步

带有2D半导体的光学微腔的示意图。非线性光学响应来自较大的玻尔半径Rydberg激子,可将极限推至很少的光子非线性极限。


在固态系统中,激子极化子,半轻半物质准粒子,由电子激发(激子)和光子杂化产生,是实现量子极限非线性的一个有吸引力的候选。在这里,我们在原子薄半导体(2D材料)中利用Rydberg激子(激子的激发态)实现这些准粒子,城市学院科学部物理主任Menon说,激子的激发态由于其更大的尺寸,显示出增强的相互作用,因此有希望进入单光子非线性的量子域,正如之前在原子系统中的里德堡态所证明的那样。


根据Menon的研究,Rydberg激子在二维半导体中的演示及其增强的非线性响应为在固态系统中产生强光子相互作用迈出了第一步,这是量子光子技术的必要组成部分。

新突破!CCNY团队向芯片级可扩展单光子开关迈出第一步

在梅农指导下工作的研究生顾杰是这项研究的第一作者,该研究题为:“Enhanced nonlinear interaction of polaritons via excitonic Rydberg states in monolayer WSe2”,该研究发表在《自然通讯》杂志上。该团队还包括来自斯坦福大学、哥伦比亚大学、奥胡斯大学和蒙特利尔理工大学的科学家。


梅农教授及其同事的研究可能会对陆军在无人系统等移动陆军平台上进行超低能耗信息处理和计算的目标产生巨大影响。陆军研究实验室的能力发展司令部(DEVCOM)说,在未来使用光子学的计算范式中使用的光学交换和非线性将从这一进展中受益。这种强大的耦合效应将减少能耗,并可能有助于提高计算性能。


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