僅用一個光子就能開啟和關閉物理過程的能力是量子光子技術的基本組成部分。在芯片規(guī)模的架構中實現(xiàn)這一點對于可擴展性至關重要，這擴大了由物理學家Vinod Menon領導的紐約城市學院研究人員的突破。他們首次展示了在固態(tài)材料中使用“里德堡態(tài)”（以前在冷原子氣體中顯示），以將非線性光學相互作用增強到固態(tài)系統(tǒng)中前所未有的水平。這一壯舉是朝著實現(xiàn)芯片級可擴展單光子開關邁出的第一步。

帶有2D半導體的光學微腔的示意圖。非線性光學響應來自較大的玻爾半徑Rydberg激子，可將極限推至很少的光子非線性極限。

在固態(tài)系統(tǒng)中，由電子激發(fā)（激子）和光子混合產生的激子極化子，半光半物質準粒子是實現(xiàn)量子極限非線性的誘人候選物。城市學院科學部物理學主席Menon說：“在這里，我們用原子薄半導體（2D材料）中的Rydberg激子（激子的激發(fā)態(tài)）實現(xiàn)了這些準粒子�！薄凹ぷ拥募ぐl(fā)態(tài)由于其較大的尺寸，顯示出增強的相互作用，因此有望進入單光子非線性的量子域，如先前在原子系統(tǒng)中用里德伯格態(tài)所證明的那樣�！�

Menon認為，二維半導體中Rydberg激子-極化子的演示及其增強的非線性響應為固態(tài)系統(tǒng)中強光子相互作用的產生邁出了第一步，這是量子光子技術的必要組成部分。

在Menon的指導下工作的研究生顧潔（Jie Gu）是該研究的第一作者，該研究的標題為“通過單層WSe2的激子Rydberg態(tài)增強極化子的非線性相互作用”，該書出現(xiàn)在《自然通訊》上。該團隊還包括斯坦福大學，哥倫比亞大學，奧爾胡斯大學和蒙特利爾理工大學的科學家。

美國陸軍研究實驗室項目經理邁克爾·杰霍爾德博士說：“梅農教授及其同事的研究可能會對陸軍在移動陸軍平臺（例如無人系統(tǒng)）平臺上進行超低能耗信息處理和計算的目標產生巨大影響。”“在未來使用光子學的計算范式中使用的光開關和非線性將受益于這一進步。如此強的耦合效應將減少能耗并可能有助于計算性能�！�

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