在液氦和超冷稀氣體的經(jīng)典實驗中可以產(chǎn)生量子化渦旋，以對不同的超流體進(jìn)行基礎(chǔ)和比較研究。在《科學(xué)進(jìn)展》雜志上發(fā)表的一份新報告中，伊萬·格努索夫(Ivan Gnusov)和英國，俄羅斯和冰島的光子學(xué)和物理學(xué)研究小組開發(fā)了一種“旋轉(zhuǎn)桶”實驗，以光學(xué)方式包含光的量子流體。

實驗依賴于半導(dǎo)體微腔內(nèi)的激子-極化子玻色-愛因斯坦凝聚物。該團(tuán)隊使用兩個頻率穩(wěn)定的單模激光器的跳動音符，并生成了不對稱的時間周期旋轉(zhuǎn)非共振激發(fā)曲線。然后，他們研究了旋轉(zhuǎn)頻率的依賴性，以揭示有利于量子化渦旋形成的一系列攪拌頻率。研究結(jié)果有助于研究極化子超流動性，以了解光學(xué)器件對結(jié)構(gòu)非線性光的作用。

“旋轉(zhuǎn)桶”實驗

光學(xué)渦度中的軌道角動量(OAM)對于編碼和處理光學(xué)信息至關(guān)重要;這種現(xiàn)象導(dǎo)致了微激光設(shè)備的發(fā)展。光學(xué)渦旋與在相互作用流體中看到的傳統(tǒng)渦旋明顯不同。例如，自然界中大量存在常規(guī)渦旋，從木星氣帶內(nèi)的巨大渦旋風(fēng)暴到宏觀量子系統(tǒng)中的微小微米級量子渦旋，如超導(dǎo)體、超流體和玻色-愛因斯坦凝聚物。雖然光學(xué)渦旋起源于幾何，但超流體和玻色-愛因斯坦凝聚態(tài)中的渦旋被認(rèn)為是拓?fù)淙毕荨?/p>

盡管極化學(xué)領(lǐng)域取得了重大進(jìn)展，但研究人員尚未了解攪拌極化子冷凝物或液氦或稀釋量子氣體的“旋轉(zhuǎn)桶”實驗中的渦旋形成。為了產(chǎn)生這種現(xiàn)象，物理學(xué)家使用了外部電場或磁場。在這項工作中，Gnusov及其同事通過使用圓柱形不對稱光學(xué)器件在半導(dǎo)體微腔內(nèi)存在的極化子冷凝物或玻色子準(zhǔn)粒子中塑造了旋轉(zhuǎn)桶實驗。然后，他們通過敲打兩個軌道角動量相反的頻率失諧單模激光器的音符來形成激發(fā)模式，形成復(fù)合光束。

旋轉(zhuǎn)鏟斗實驗中的泵送配置和數(shù)值模擬

在實驗過程中，該團(tuán)隊將極化子冷凝物光學(xué)注入包含布拉格反射器的無機(jī)微腔中，量子阱嵌入腔內(nèi)光場內(nèi)。然后，他們將樣品保存在4 K的冷手指低溫恒溫器中。此后，該團(tuán)隊將兩個空間調(diào)制激光器疊加在非偏振分束器上，形成旋轉(zhuǎn)啞鈴形激發(fā)圖案，其中旋轉(zhuǎn)的方向和頻率來自先前的研究。

對于兩個激光器之間的零頻率失諧，研究小組注意到由于激子和極化子之間的排斥相互作用，形成了一個靜態(tài)啞鈴形的熱激子儲層，以部分包含激發(fā)曲線內(nèi)的極化子。他們通過使用廣義的2D Gross-Pitaevskii方程通過數(shù)值建模定量地再現(xiàn)了結(jié)果。收益和損失之間的競爭導(dǎo)致了與激子儲層共同旋轉(zhuǎn)的量子渦旋。除了能夠再現(xiàn)旋轉(zhuǎn)極化子流體中量子渦旋的形成外，具有調(diào)節(jié)電荷的結(jié)構(gòu)光源在經(jīng)典和量子通信中提供了應(yīng)用。

頻率依賴性量子渦旋形成

Gnusov及其同事主要對旋轉(zhuǎn)桶實驗的動力學(xué)感興趣，相對于它在量子渦旋形成過程中對相應(yīng)頻率的依賴性。通過調(diào)整直徑為14μm的激發(fā)圖案的旋轉(zhuǎn)頻率，研究小組觀察到1至4 GHz之間的量子渦旋形成。

科學(xué)家們記錄了每個頻率的接口，并提取了100個“單次”實現(xiàn)的真實空間相位分布。然后，他們開發(fā)了一種渦旋排序算法，以區(qū)分實驗過程中的量子渦旋狀態(tài)。該團(tuán)隊再次整合了數(shù)值模擬，以定量確認(rèn)實驗觀測和量子渦旋作為旋轉(zhuǎn)頻率的函數(shù)。

展望

通過這種方式，Ivan Gnusov及其同事研究了超冷量子氣體和液氦中的量子渦旋形成，以了解超流體的迷人基礎(chǔ)和比較研究。該團(tuán)隊通過基于極化子的玻色-愛因斯坦凝聚態(tài)的旋轉(zhuǎn)桶實驗，在實驗室中實現(xiàn)了量子渦旋態(tài)的形成。極化子位移的基本物理特性要求攪拌頻率在千兆赫茲范圍內(nèi)。

由于現(xiàn)有快速創(chuàng)建擴(kuò)展極化子網(wǎng)絡(luò)的能力，該方法將使研究人員能夠設(shè)計渦旋陣列，并研究大規(guī)模驅(qū)動耗散量子流體中偏振、軌道角動量和線性動量自由度的復(fù)雜相互作用。實驗演示提供了光學(xué)渦旋的來源，使經(jīng)典和量子計算中的應(yīng)用具有檢查量子流體傳輸?shù)臐摿Α?/p>

　　免責(zé)聲明：本文由用戶上傳，與本網(wǎng)站立場無關(guān)。財經(jīng)信息僅供讀者參考，并不構(gòu)成投資建議。投資者據(jù)此操作，風(fēng)險自擔(dān)。 如有侵權(quán)請聯(lián)系刪除！