芯片级可扩展单光子“开关”来了！科学家首次在固态系统中产生强光子相互作用

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，这凸显了物理学家维诺德·梅农(Vinod Menon)领导的纽约城市学院研究人员的突破价值。

他们首次展示了在固态材料中使用“里德伯格态”(Rydberg excitons，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。

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。

该研究发表在《自然·通讯》杂志上，题为“Enhanced nonlinear interaction of polaritons via excitonic Rydberg states in monolayer WSe2”。

这一研究，未来有望开发出面向无人驾驶等领域的超低能量信息处理和计算平台。“光开关和非线性应用于未来使用光子学的计算范式将受益于这一进步。这种强耦合效应将降低能源消耗，并可能有助于提高计算性能。”研究人员表示。

译/前瞻经济学人APP资讯组

参考来源：https://www.sciencedaily.com/releases/2021/04/210428162544.htm

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-021-22537-x

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