Des chercheurs de l'Université ITMO ont démontré que des atomes individuels peuvent être transformés en polaritons, des particules quantiques qui sont un mélange de matière et de lumière, qui sont transmis via des fibres optiques. Dans ce nouvel état de la matière, photons et atomes forment pour la première fois un couplage ultra-fort. Les résultats de cette recherche peuvent être utilisés pour contrôler les propriétés de la lumière et de la matière et pour créer une mémoire quantique. L'article est publié en Lettres d'examen physique .

Les propriétés des matériaux peuvent être modifiées chimiquement, en les mélangeant avec d'autres substances, ou physiquement, comme lorsque les métaux entrent dans des états supraconducteurs lors d'un refroidissement rapide. Les physiciens de l'Université ITMO ont effectué des transformations similaires d'une manière relativement nouvelle - en utilisant la lumière et en soumettant la matière à des faisceaux lumineux de haute intensité ou en créant des conditions pour un couplage ultra-fort entre les atomes et les photons, ce qui se traduit par de nouvelles particules appelées polaritons.

Le moyen le plus couramment utilisé pour fournir les conditions d'un couplage ultra-fort consiste à utiliser des résonateurs optiques. Ces résonateurs laissent entrer la lumière mais ne laissent pas sortir facilement les photons. Ils sont réfléchis à plusieurs reprises par les parois internes du résonateur, en interaction constante avec les atomes à l'intérieur. Ainsi, après avoir été bombardé de photons, les atomes forment avec eux des liaisons ultra-fortes, ce qui facilite la création de quasi-particules.

"L'une des limitations de cette méthode est que les polaritons ne peuvent se former qu'avec la source de lumière constamment présente. Cela signifie que lorsque nous éteignons la lumière, toutes les propriétés nouvellement acquises retrouveront leur état initial. En outre, plus d'un atome peut tenir dans un résonateur, ce qui affecte négativement le résultat, " explique Ivan Iorsh, professeur à la Faculté de physique et d'ingénierie de l'ITMO.

Dans le cadre d'un projet soutenu par la Russian Science Foundation, Les chercheurs de l'Université ITMO ont, d'abord, trouvé un moyen de fournir une communication plus forte entre la lumière et la matière, et deuxieme, soumettre à la lumière toute une gamme d'atomes. Par exemple, ils ont démontré que l'utilisation d'un guide d'ondes (fibre optique) au lieu d'un résonateur est une méthode plus prometteuse pour changer les états de la matière.

Le principe principal tient, mais les atomes sont soumis aux photons dans le guide d'ondes au lieu de ceux dans le résonateur. Cependant, dans ce système, le couplage est si fort que l'effet souhaité peut être obtenu même sans utiliser d'éclairage extérieur. L'état de couplage ultra-fort démontré par les physiciens de l'ITMO résout en partie le problème de la mémoire quantique, son instabilité.

"La mémoire quantique assure une haute sécurité des informations stockées, mais il reste relativement fragile. Lorsque vous essayez de lire les données ainsi sécurisées, il y a une possibilité que vous le perdiez. Les polaritons sont intéressants car les photons les rendent parfaits pour stocker des unités d'information appelées qubits, tandis que les atomes assurent qu'ils peuvent se lier à d'autres quasi-particules et nous donnent plus d'opportunités de les contrôler. Ainsi, en acquérant des quasiparticules à vie longue, nous pouvons augmenter la résilience du système quantique dans son ensemble, " dit Ivan Iorsh.