Los vórtices de luz acelerarán la computación cuántica y ayudarán a recrear agujeros negros - físicos de la SPbGU

Físicos de la SPbGU, junto con colegas de Francia y Alemania, analizaron una de las ideas más inusuales de la ciencia moderna: ¿es posible hacer que la luz no solo transmita información, sino que realice cálculos ultrarrápidos e incluso imite el comportamiento del espacio cerca de un agujero negro? Se trata de polaritones, partículas híbridas de luz y materia, en cuyos flujos pueden surgir vórtices y solitones estables. Los resultados de la investigación se publicaron en la revista Nature Reviews Physics.

Los fotones ordinarios —partículas de luz— apenas chocan entre sí y apenas se influyen mutuamente. Para la transmisión de señales, esto es conveniente, pero para los cálculos es malo: es difícil hacer que un rayo de luz controle a otro. Por lo tanto, los físicos han estado buscando durante mucho tiempo una manera de hacer que la luz se comporte más como materia y sea más susceptible a las influencias externas.

Los polaritones ayudan a resolver esta tarea. Surgen dentro de una microcavidad semiconductora, donde un fotón es absorbido y reemitido repetidamente por un excitón. Como resultado, aparece una cuasipartícula híbrida: del fotón obtiene ligereza y velocidad, y del excitón, la capacidad de interactuar con otras partículas. Es esta interacción la que permite crear estructuras estables: vórtices y solitones de luz.

Los polaritones se han estudiado durante más de 30 años. Anteriormente, para obtenerlos se necesitaban temperaturas ultrabajas, casi cercanas al cero absoluto, pero nuevos materiales como las perovskitas, el óxido de zinc y los cristales orgánicos permiten crear tales estados ya a temperatura ambiente.

Científicos de Russia, Francia y Alemania recopilaron todo lo que se sabe actualmente sobre los vórtices y solitones polaritónicos. Demostraron que tales estructuras pueden usarse para dispositivos computacionales: los elementos basados en ellos ya funcionan a una frecuencia de 100 GHz, y un vórtice con rotación en diferentes direcciones puede actuar como un cúbit. Los experimentos de la SPbGU y la Universidad de Westlake en 2024 mostraron una precisión de operación del 95-98%, y los flujos de "luz líquida" también pueden imitar el comportamiento del espacio-tiempo cerca del horizonte de eventos de un agujero negro.