仅用一个光子就能开启和关闭物理过程的能力是量子光子技术的基本构建块。在芯片规模的架构中实现这一点对于可扩展性至关重要，这扩大了由物理学家Vinod Menon领导的纽约城市学院研究人员的突破。他们首次展示了在固态材料中使用“里德堡态”(以前在冷原子气体中显示)，以将非线性光学相互作用增强到固态系统中前所未有的水平。这一壮举是朝着实现芯片级可扩展单光子开关迈出的第一步。
在固态系统中，由电子激发(激子)和光子混合产生的激子极化子，半光半物质准粒子是实现量子极限非线性的诱人候选物。“在这里，我们用原子薄半导体(2D材料)中的Rydberg激子(激子的激发态)实现了这些准粒子，”城市学院科学部物理学主席Menon说。“激子的激发态由于其较大的尺寸，显示出增强的相互作用，因此有望进入单光子非线性的量子域，如先前在原子系统中用里德伯格态所证明的那样。”
Menon认为，二维半导体中Rydberg激子-极化子的演示及其增强的非线性响应为固态系统中强光子相互作用的产生迈出了第一步，这是量子光子技术的必要组成部分。
在Menon的指导下工作的研究生Gu Jie是该研究的第一作者，题为：“单分子WSe2中通过激子Rydberg态增强极化子的非线性相互作用”，该文章出现在“自然通讯”上。研究小组还包括斯坦福大学的科学家，哥伦比亚，奥尔胡斯和蒙特利尔理工大学。
梅农教授及其同事的研究可能会对陆军在无人系统等移动陆军平台上进行超低能耗信息处理和计算的目标产生巨大影响。”陆军研究实验室的能力发展司令部(DEVCOM)说：“在未来使用光子学的计算范式中使用的光学交换和非线性将从这一进展中受益。这种强大的耦合效应将减少能耗，并可能有助于提高计算性能。
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