推进量子科学技术(QIST)领域的实验平台的开发带来了一系列独特的优势和任何新兴技术都会碰到的挑战。由Dominik Schneble博士领导的石溪大学的研究人员最近报告了一种物质波极化子在光学晶格中的形成。

该研究团队预计，他们的新型准粒子能模拟材料和设备中有强相互作用的光子，这种方法规避了一些固有的挑战，将有利于QIST平台的进一步发展，而这些平台则有望改变计算和通信技术。

他们发表在《自然物理学》上的一篇论文详细介绍了这些发现。该研究揭示了基本的极化子特性和其相关的多体现象，并为极化子量子物质的研究开辟了新的可能性。

使用基于光子的QIST平台的一个重要挑战是：虽然光子可以成为量子信息的理想载体，但它们通常不会相互交互。这种相互作用的缺乏也抑制了它们之间量子信息的受控交换。

以前，科学家们通过将光子与材料中更重的激发态进行耦合，在光和物质间形成了一种极化子，从而找到了解决此问题的方法。这些较重的准粒子间的碰撞使光子能够有效地相互作用。这可以实现基于光子的量子门操作，并可最终实现整个QIST基础设施。

然而，这种方法的一个主要挑战是这些基于光子的极化子只有非常有限的寿命，因为它们与环境的辐射耦合，导致了不受控制的自发衰变和退相干。

根据Schneble及其同事的说法，他们发表的新极化子研究完全规避了由自发衰变引起的这种限制。他们这种极化子的光子方面完全由原子物质波携带，因此不存在这种不需要的衰变过程。此功能打开了对基于光子的极化子系统中不可访问或尚未访问的参数方案的大门。

石溪大学文理学院物理与天文学系教授Schneble说：“量子力学的发展主导了上个世纪，QIST及其应用的‘第二次量子革命’正在全球范围内进行，包括IBM、谷歌和亚马逊等公司都在参与其中，我们的工作突出了一些基本的量子力学效应，这些效应对QIST中从半导体纳米光子学到电路量子电动力学的新兴光子量子系统来说是非常感兴趣的。”

石溪大学的研究人员在一个平台上进行了他们的实验，该平台建立在具有光学晶格的超冷原子之上，这是一种由光驻波形成的类似鸡蛋格箱的潜在景观。他们使用了具有各种激光和控制场并在纳米开尔文温度下运行的专用真空装置，来实现了这一种场景，在这种场景中，被困在晶格中的原子“穿上”了由脆弱且容易消逝的物质波组成的真空激发云。

该研究小组发现，他们制造的这种极化子粒子会变得更加容易移动。研究人员能够通过轻轻摇动晶格来直接探测其内部结构，从而获得了物质波和原子晶格存在激发的发现。当它们单独放置时，物质波极化子会在晶格中跳跃，它们能相互作用并形成准粒子物质的稳定相。

Schneble解释说：“通过我们的实验，我们进行了一个新体制下的激子-极化激子系统的量子模拟。对这种‘模拟’模拟系统的追求，在相关参数可以自由输入的意义上来说是‘模拟’的，它本身就构成了QIST的一个重要方向。”（编译:Qtech）