Ученые Сколтеха совместно с Национальной академией наук Беларуси впервые наблюдали классический аналог одного из ключевых квантовых эффектов — интерференции Хонга–У–Манделя — в свете, испускаемом конденсатом экситон-поляритонов, захваченным в оптическую ловушку. Об этом «Газете.Ru» сообщили в пресс-службе образовательного учреждения.
Эффект Хонга–У–Манделя — один из самых узнаваемых тестов квантовой природы света. В классическом эксперименте два неразличимых фотона, попадая на светоделитель, «группируются» и выходят строго через один из выходов. Степень этого группирования отражается в характерном антикорреляционном провале на корреляционной функции интенсивности — так называемом «провале ХОМ». Его глубина показывает, насколько идентичны фотоны.
Команда Сколтеха воспроизвела этот эффект с поляритонами — квазичастицами, возникающими при сильном взаимодействии света с экситонами в полупроводнике. Поляритоны способны конденсироваться в единое когерентное состояние по аналогии с конденсатом Бозе–Эйнштейна и вести себя как макроскопическое квантовое поле. Исследователи создали микроскопическую оптическую ловушку, в которой формировался такой конденсат, разделили его свечение на два луча и направили единичные фотоны в интерферометр Хонга–У–Манделя.
Интерференционные картины показали, как глубина провала ХОМ меняется в зависимости от поляризации возбуждающего лазера и статистических свойств самого конденсата. При круговой поляризации система вела себя как стабильный лазерный источник: провал ХОМ следовал форме функции когерентности и постепенно исчезал при увеличении оптической задержки. При линейной поляризации возникал противоположный эффект — «склеивание» фотонов, когда частицы испускались сериями, создавая участки повышенной плотности потока. В результате антикорреляционный провал становился примерно вдвое глубже, что указывает на усиление двухчастичной интерференции.
«Наблюдение за возрождением двухфотонной интерференции на частоте прецессии оказалось одновременно удивительным и вдохновляющим, — отметил старший научный сотрудник Сколтеха Степан Барышев. — Мы показали, что можно управлять двухчастичными квантовыми эффектами, просто меняя поляризацию возбуждающего света».
Поляритонные конденсаты отличаются от ультрахолодных атомных систем тем, что могут формироваться при значительно более высоких температурах и в стандартных полупроводниковых структурах. В новых органических материалах аналогичные эффекты наблюдаются даже при комнатной температуре. Это делает платформу удобной для интеграции и масштабирования, открывая путь к компактным фотонным устройствам, которые могут выполнять вычисления и моделирование на основе интерференции света, а не электронного тока.
Теоретическая модель, разработанная авторами для описания эксперимента, позволяет проследить переход между классическим и квантовым режимами излучения, понять механизмы потери когерентности и исследовать коллективные эффекты в управляемых оптических средах.
«Поляритоны объединяют лучшие свойства света и материи, — пояснил руководитель исследования, заслуженный профессор Сколтеха Павлос Лагудакис. — Они столь же быстры и легко управляемы, как фотоны, но при этом взаимодействуют, как частицы вещества. Эта смесь делает их идеальными кандидатами для будущего поколения гибридных квантовых технологий».
Ранее впервые была создана сверхточная симуляция нашей галактики.