ITC / News / Narodowe Centrum Nauki / Sieci polarytonowe. Platforma fizyki ciała stałego dla kwantowych symulacji stanów skorelowanych i topologicznych

Sieci polarytonowe. Platforma fizyki ciała stałego dla kwantowych symulacji stanów skorelowanych i topologicznych

Sieci polarytonowe. Platforma fizyki ciała stałego dla kwantowych symulacji stanów skorelowanych i topologicznychAgnieszka.Rajdaczw., 02/12/2021 - 15:41 Kod CSS i JS */

Projekt dotyczy badań polarytonów ekscytonowych, niezwykle interesujących cząstek kwantowych, które mogą znaleźć zastosowania w różnorodnych dziedzinach, takich jak niezwykle dokładne pomiary interferometryczne, lasery o ultraniskiej mocy, czy też przetwarzanie informacji z bardzo małymi stratami energii.

fot. Michał ŁepeckiPolarytony ekscytonowe powstają w materiałach półprzewodnikowych o specjalnie zaprojektowanej strukturze, na skutek silnego sprzężenia fotonów z ekscytonami, czyli cząstkami materialnymi złożonymi z elektronu i "dziury". Polarytony, są cząstkami mającymi strukturę "kota Schrodingera" –  stan kwantowy zawiera dwie alternatywy: kot żywy, gdy ekscyton istnieje lub martwy, gdy zamiast ekscytonu w układzie znajduje się foton.

Projekt InterPol ma na celu realizację w warunkach laboratoryjnych sieci polarytonowych jako półprzewodnikowej platformy dla symulacji kwantowych. Głównym celem jest osiągnięcie reżimu silnych korelacji kwantowych, w którym oddziaływania pojedynczych polarytonów przeważą dekoherencję, związaną ze stratami fotonów, co umożliwi stworzenie prostych symulatorów kwantowych. Projekt może odegrać znaczącą rolę w rozwoju łatwiej dostępnych technologii kwantowych, a także przyczynić się do zrozumienia fizyki układów nierównowagowych w nanoskali.

fot. Michał ŁepeckiRealizacja projektu podzielona została na pięć zadań badawczych. Pierwsze polegało na stworzeniu statycznych sieci polarytonowych za pomocą specjalnie opracowanych metod nakładania warstw atomowych oraz wytrawiania struktur o określonej geometrii. Następnie zaplanowano stworzenie sieci o zmiennej geometrii, dzięki zastosowaniu nowatorskich metod sprzężenia światła z materią. W etapie trzecim uzyskane próbki zostały użyte do stworzenia kwantowych faz w reżimie silnych korelacji. W kolejnym kroku zostanie zastosowana tzw. ochrona topologiczna stanów kwantowych, co pozwoli znacząco wydłużyć ich czas życia. Osobnym zadaniem jest opracowanie zupełnie nowych modeli teoretycznych układów polarytonowych, co jest niezbędne  do pełnego zrozumienia obserwacji eksperymentalnych. Strona polska uczestniczy w pracach teoretycznych, wspomagając prowadzone eksperymenty oraz rozwijając teorię faz kwantowych.

fot. Michał ŁepeckiGłówne dotychczasowe osiągnięcia projektu obejmują syntezę i charakterystykę dwuwymiarowych siatek Lieba  i mikrofilarów w celu zbadania silnego oddziaływania polarytonów oraz wytworzenie sieci polarytonowych w tzw. otwartej wnęce. Są to podstawowe układy, które pozwolą na zaimplementowanie symulatorów kwantowych. Badania eksperymentalne układów sieciowych doprowadziły do obserwacji emisji chiralnego światła z mikrolaserów, solitonów w przerwie energetycznej i płaskich pasm energetycznych w układach  polarytonowych. Ponadto, w siatce o strukturze plastra miodu utworzono sztuczne pola cechowania dla fotonów, co jest narzędziem niezwykle przydatnym w symulacjach kwantowych. W dwuwymiarowych sieciach Lieba zaobserwowano efekt sprzężenia spinowo-orbitalnego, rozszczepienie polaryzacji i stany topologiczne. Od strony teoretycznej opracowano nową metodę badania dysypatywnego modelu Bosego-Hubbarda, co doprowadziło do odkrycia interesującego bistabilnego kryształu czasu.

Do najciekawszych wyników uzyskanych przez polską grupę należy zaproponowanie idei i realizacja eksperymentalna sieci polarytonowej, umożliwiającej implementację uczenia maszynowego w układzie kwantowym. Koncepcja ta jest obecnie intensywnie rozwijana we współpracy z grupami doświadczalnymi, a także stała się inspiracją dla nowego projektu NCN realizowanego w konsorcjum z grupą doświadczalną z Uniwersytetu Warszawskiego.

Tytuł projektu - pełny InterPol. Sieci polarytonowe: Platforma fizyki ciała stałego dla kwantowych symulacji stanów skorelowanych i topologicznych Projekt - grupa nauk ST Projekt - panel ST3 Konkurs - typ konkursu OPUS Konkurs - nazwa i edycja QuantERA Kierownik - imię i nazwisko prof. dr. hab. Michał Matuszewski Kierownik - jednostka Instytut Fizyki Polskiej Akademii Nauk Kierownik - dodatkowe informacje

Doktorat z fizyki teoretycznej uzyskał w 2007 r. na Uniwersytecie Warszawskim. Następnie odbył trzyletni staż podoktorski na Australian National University, gdzie otrzymał prestiżowe stypendium Oliphant Endownment Fund. W 2010 r. wrócił do Warszawy i założył grupę naukową poświęconą teorii polarytonów w Instytucie Fizyki Polskiej Akademii Nauk. Otrzymał szereg nagród, w tym nagrody dla najlepszych młodych naukowców Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyższego oraz Polskiej Akademii Nauk. Jest współautorem ponad 80 publikacji, a jego prace były cytowane ponad 1800 razy.

Kierownik - zdjęcie Projekt - zdjęcie główne Projekt - zdjęcie główne TOP 85%

Narodowe Centrum Nauki
02.12.2021 14:41
10.12.2021 15:17