单光子开关研究新进展：科学家详解固态材料中的“里德堡态”

具有二维半导体的光学微腔示意图（图自：Rezlind Bushati）

通过将固态系统中非线性光学的相互作用，增强至前所未有的高水平，这项研究也算是迈出了实现芯片级“可扩展单光子开关”（Scalable Single Photon Switches）的第一步。

研究配图 - 1：WSe2在 DBR 上的反射光谱

在固态系统中，由电子激发的激子（excitions）和光子混合产生的激子极化子、以及半光半物质的准粒子，是实现量子极限非线性的有力候选。

纽约城市学院科学物理系主任 Vinod Menon 解释称：“正如之前在原子系统中的里德堡态所证明的那样，由于较大的尺寸，激子的激发态可表现出增强的相互作用，因而有望进入单光子非线性的量子域”。

研究配图 - 2：与激发态激子的温度相关的腔耦合

根据 Menon 的说法，二维半导体中的里德堡态激子极化子的演示、及其增强的非线性响应，都代表了在固态系统中产生强光子相互作用的第一步，而这也是量子光子技术的必要组成部分。

研究一作、在 Menon 指导下开展相关工作的研究生 Jie Gu，已将他们的研究成果发表于近日出版的《自然通讯》（Nature Communications）期刊上。

研究配图 - 3：白光强度相关的腔反射

据悉，研究团队在这篇文章中详细解释了《在单层 WSe2中的激子里德堡态增强极化子的非线性相互作用》。

此外这支研究团队还包括了来自斯坦福、哥伦比亚、奥胡斯、以及蒙特利尔理工大学等高效的科学家们。

研究配图 - 4：相互作用引起的非线性腔响应

美国陆军研究实验室 DEVCOM 项目主管 Michael Gerhold 博士指出，Menon 教授及其同时的研究进展，或对陆军在无人系统等移动平台上实现超低能耗的信息处理和计算这个宏大的目标产生深远影响。

在使用光子学的未来计算范式中，光开关的非线性特性将带来诸多的益处。这种强耦合相应将降低能耗，并且可能有助于提升计算性能。