Итальянские исследователи совершили научный прорыв, превратив свет в «супертвердое тело» — квантовое состояние материи, сочетающее свойства твердого тела и жидкости. Это достижение, опубликованное в марте 2025 года, открывает путь к новым потенциальным применениям в квантовых и фотонных технологиях.
Традиционно супертвердые тела получают путем охлаждения атомов до температур, близких к абсолютному нулю. Однако в новом исследовании было продемонстрировано, что супертвердое тело можно создать путем манипулирования самим светом. Исследователи использовали полупроводник, состоящий из алюминия и арсенида галлия, структурированный узором из узких канавок. Проецируя на этот материал лазерный луч, они генерировали квазичастицы, называемые «поляритонами», возникающие в результате взаимодействия фотонов и экситонов в полупроводнике.
Эти поляритоны были ограничены в микроскопической структуре, что побудило их спонтанно организоваться в кристаллическую структуру, сохраняя при этом сверхтекучие свойства. Эта экспериментальная реализация потребовала чрезвычайно точных измерений для подтверждения того, что полученный материал проявлял как жесткость твердого тела, так и сверхтекучую текучесть без вязкости. Исследователям пришлось точно охарактеризовать модуляцию плотности поляритонного состояния, обнаруживая мельчайшие вариации в несколько тысячных долей.
Эта точность позволила наблюдать «нарушение трансляционной симметрии» — физическое явление, отмечающее переход от однородного состояния к упорядоченному, характерному для кристаллического твердого тела. Этот прорыв открывает двери для новых потенциальных применений в квантовых и фотонных технологиях, таких как создание более эффективных осветительных приборов, смазочных материалов с низким коэффициентом трения или нейроморфных компьютеров.
Кроме того, это открытие может стимулировать прогресс в областях сверхпроводников, квантовых вычислений и разработки смазочных материалов с низким коэффициентом трения. Исследование было поддержано проектами Q-ONE и PolArt, финансируемыми Европейским Союзом, и опубликовано в журнале Nature. Этот прорыв демонстрирует, что сложные квантовые явления, когда-то считавшиеся теоретическими, могут быть экспериментально реализованы, открывая новые перспективы для науки и техники.
Исследование, опубликованное в журнале Nature, подчеркивает, что поляритоны, гибридные квазичастицы света и материи, могут быть использованы для создания квантовых нейронных сетей, что является ключевым шагом на пути к разработке оптических ускорителей для искусственного интеллекта. Проект Q-ONE, финансируемый Европейским Союзом, направлен на создание квантового процессора, способного к быстрой и точной настройке квантовых состояний фотонов, что является важным шагом в развитии квантовых технологий.