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Dec 11, 2023

Aufkommende Transmutation von Quantennarben in Ph

Ein neuer Blick in die Landschaft des Quantenchaos in

Ein neuer Blick in die Landschaft des Quantenchaos in Mikrokavitäten

Institut für Grundlagenwissenschaften

Bild: Der Quantennarbenzustand in einem chaotischen optischen Mikrohohlraum, der in einen photonischen Kristall eingebettet ist, kann mithilfe des Phänomens der „Hohlraum-Impuls-Verriegelung“ manipuliert werden. Es wurde entdeckt, dass bei periodischer Anordnung der chaotischen Hohlräume der neue Freiheitsgrad, der „Bloch-Kristallimpuls“, die entstehende Transmutation der Quantennarbenzustände herbeiführt. Dies ermöglicht es uns, neuartige Kontrollsysteme für Licht zu entwickeln, die das Chaos innerhalb des Hohlraums und den kristallinen Impuls des Hohlraumarrays integrieren.mehr sehen

Bildnachweis: Institut für Grundlagenwissenschaften

Die Untersuchung des Wellenchaos in optischen Mikrokavitäten bietet eine schöne Möglichkeit, eine Brücke zwischen klassischer und Quantenphysik zu schlagen. Es fällt in den Zweig des Quantenchaos, der durch die Integration dieser beiden grundlegenden Philosophien der Physik vielversprechendes Potenzial für den technologischen Fortschritt birgt. Das eigenartige und unvorhersehbare Verhalten, das in chaotischen Mikrokavitäten beobachtet wird, spiegelt andere chaotische Systeme wider, einschließlich gestörter Atome und Quantenpunkte. Daher können wir durch die Erforschung der topologischen Eigenschaften optischer Moden in Mikrokavitäten wertvolle Einblicke in das Verhalten verschiedener chaotischer Systeme gewinnen und so unser Verständnis der Eleganz der Natur vertiefen.

In der in Light: Science & Application veröffentlichten Studie untersuchte ein Gemeinschaftsteam unter der Leitung von Dr. YI Chang-Hwan vom Center for Theoretical Physics of Complex Systems innerhalb des Institute for Basic Science, Republik Korea, und Prof. PARK Hee Chul vom Pukyong National University, Republik Korea, und Prof. PARK Moon Jip von der Hanyang University, Republik Korea, erzielten bedeutende Durchbrüche in der Wellenchaosforschung im Bereich des Quantenchaos.

Die Studie des Teams konzentrierte sich auf dynamische Lokalisierungsübergänge in einer periodischen Anordnung chaotischer Hohlräume und untersuchte insbesondere das Verhalten von Lichtwellenmoden in deformierten optischen Mikrokavitäten, die an den kristallinen Impuls gekoppelt sind. Die Autoren prägten einen neuen Begriff für dieses Phänomen und nannten es „Cavity-Impuls-Locking“.

Ihre Untersuchungen werfen Licht auf das Quantennarbenphänomen und seine Umwandlung, die in den in photonischen Kristallen eingebetteten Mikrokavitäten auftreten. Die Quantennarbe ist ein faszinierender Quanteneigenzustand, der als Folge von Welleninterferenz auftritt und eine erhöhte Wahrscheinlichkeitsdichte um instabile periodische Umlaufbahnen aufweist, die instabilen Fixpunkten in einem klassisch chaotischen System entsprechen. Die Existenz dieser Strukturen stellt die Stabilitätsprinzipien der traditionellen klassischen Mechanik in Frage. Durch die Manipulation des kristallinen Impulses zeigte das Team, dass diese Quantennarbenzustände präzise gesteuert werden können.

Diese Entdeckung liefert nicht nur ein tieferes Verständnis der komplexen Natur des Wellenchaos, sondern eröffnet auch aufregende Möglichkeiten, die intrinsischen Welleneigenschaften chaotischer Zustände zu nutzen, um durch Berry-Krümmung induzierte Transportphänomene zu fördern. Die Autoren unterstreichen den bahnbrechenden Charakter dieser Forschung und heben ihr Potenzial hervor, das Lichtwellenverhalten über periodisch strukturierten Mikrokavitäten zu manipulieren. Dies hat tiefgreifende Auswirkungen auf die Quanteninformation, die Kommunikation und die Entwicklung optoelektronischer Geräte.

Wichtig ist, dass die Fähigkeit, Quantennarbenzustände in optischen Resonatoren, aus denen photonische Kristalle bestehen, zu kontrollieren, das Potenzial für verschiedene Quantentechnologien erschließt, einschließlich der Quantensensorik mit extremer Auflösung. Darüber hinaus tragen die Forschungsergebnisse zu Fortschritten im Rahmen der Quantenchaos-Studien bei und erweitern diese auf das mit dem Kristallimpuls verbundene Quantenchaos in photonischen Kristallen.

Lichtwissenschaft und Anwendungen

10.1038/s41377-023-01156-9

Experimentelle Studie

Unzutreffend

Das Bloch-Theorem diktierte Wellenchaos in Mikrohohlraumkristallen

4. Mai 2023

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