Des chercheurs de l'Université du Nebraska-Lincoln et de l'Université de Californie à Berkeley ont mis au point un nouveau dispositif photonique qui pourrait rapprocher les scientifiques du "Saint Graal" consistant à trouver le minimum global de formulations mathématiques à température ambiante. Trouver cette valeur mathématique illusoire serait une avancée majeure dans l'ouverture de nouvelles options pour les simulations impliquant des matériaux quantiques.

De nombreuses questions scientifiques dépendent fortement de la capacité à trouver cette valeur mathématique, a déclaré Wei Bao, professeur adjoint de génie électrique et informatique au Nebraska. La recherche peut être difficile même pour les ordinateurs modernes, en particulier lorsque les dimensions des paramètres, couramment utilisés en physique quantique, sont extrêmement grandes.

Jusqu'à présent, les chercheurs ne pouvaient le faire qu'avec des dispositifs d'optimisation des polaritons à des températures extrêmement basses, proches d'environ moins 270 degrés Celsius. Bao a déclaré que l'équipe Nebraska-UC Berkeley "a trouvé un moyen de combiner les avantages de la lumière et de la matière à température ambiante, adapté à ce grand défi d'optimisation".

Les appareils utilisent des quasi-particules quantiques de demi-lumière et de demi-matière appelées excitons-polaritons, qui sont récemment apparues comme une plate-forme de simulation photonique analogique à l'état solide pour la physique quantique, comme la condensation de Bose-Einstein et les modèles de spin XY complexes.

"Notre percée est rendue possible par l'adoption de la pérovskite halogénure cultivée en solution, un matériau célèbre pour les communautés de cellules solaires, et sa croissance sous nanoconfinement", a déclaré Bao. "Cela produira de grands cristaux monocristallins lisses exceptionnels avec une grande homogénéité optique, jamais signalée auparavant à température ambiante pour un système à polaritons."

Bao est l'auteur correspondant d'un article rapportant cette recherche, publié dans Nature Materials .

"C'est passionnant", a déclaré Xiang Zhang, collaborateur de Bao, aujourd'hui président de l'Université de Hong Kong mais qui a terminé cette recherche en tant que membre de la faculté de génie mécanique à l'UC Berkeley. "Nous montrons que le réseau de spin XY avec un grand nombre de condensats couplés de manière cohérente peut être construit comme un réseau d'une taille allant jusqu'à 10 × 10."

Ses propriétés matérielles pourraient également permettre de futures études à température ambiante plutôt qu'à des températures ultra-froides. Bao a déclaré :"Nous commençons tout juste à explorer le potentiel d'un système à température ambiante pour résoudre des problèmes complexes. Notre travail est une étape concrète vers la plate-forme de simulation quantique à l'état solide à température ambiante tant recherchée.

"La méthode de synthèse de solution que nous avons rapportée avec un excellent contrôle de l'épaisseur pour la grande pérovskite halogénure ultra-homogène peut permettre de nombreuses études intéressantes à température ambiante, sans avoir besoin d'équipements et de matériaux compliqués et coûteux", a ajouté Bao. Il ouvre également la porte à la simulation de grandes approches de calcul et de nombreuses autres applications d'appareils, auparavant inaccessibles à température ambiante.

Ce processus est essentiel à l'ère hautement concurrentielle des technologies quantiques, qui devraient transformer les domaines du traitement de l'information, de la détection, de la communication, de l'imagerie, etc.

Le Nebraska a fait de la science et de l'ingénierie quantiques l'un de ses grands défis. Il a été nommé priorité de recherche en raison de l'expertise de l'université dans ce domaine et de l'impact que la recherche peut avoir sur ce domaine passionnant et prometteur. + Explorer plus loin

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