Физики СПбГУ вместе с коллегами из Франции и Германии разобрали одну из самых необычных идей современной науки: можно ли заставить свет не просто передавать информацию, а выполнять сверхбыстрые вычисления и даже имитировать поведение пространства рядом с чёрной дырой. Речь идёт о поляритонах — гибридных частицах света и вещества, в потоках которых могут возникать устойчивые вихри и солитоны. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Reviews Physics.

Обычные фотоны — частицы света — почти не сталкиваются друг с другом и почти не влияют друг на друга. Для передачи сигналов это удобно, но для вычислений плохо: один луч света трудно заставить управлять другим. Поэтому физики давно ищут способ сделать так, чтобы свет вёл себя больше как вещество и лучше поддавался внешнему воздействию.

Эту задачу помогают решать поляритоны. Они возникают внутри полупроводниковой микрополости, где фотон многократно поглощается и переизлучается экситоном. В результате появляется гибридная квазичастица: от фотона она получает лёгкость и скорость, а от экситона — способность взаимодействовать с другими частицами. Именно это взаимодействие позволяет создавать устойчивые структуры — световые вихри и солитоны.

Поляритоны изучают уже больше 30 лет. Раньше для их получения нужны были сверхнизкие температуры, почти близкие к абсолютному нулю, но новые материалы вроде перовскитов, оксида цинка и органических кристаллов позволяют создавать такие состояния уже при комнатной температуре.

Учёные из России, Франции и Германии собрали всё, что сейчас известно о поляритонных вихрях и солитонах. Они показали, что такие структуры можно использовать для вычислительных устройств: элементы на их базе уже работают на частоте 100 ГГц, а вихрь с вращением в разные стороны может выступать как кубит. Эксперименты СПбГУ и Университета Вестлейк в 2024 году показали точность операций 95–98%, а потоки «жидкого света» также могут имитировать поведение пространства-времени рядом с горизонтом событий чёрной дыры.