推進量子信息科學與技術(QIST)領域的實驗平台的發展伴隨着一系列獨特的優勢和任何新興技術所共有的挑戰。紐約州立大學石溪分校的研究人員在Dominik Schneble博士的領導下，報告了物質波極子在光學晶格中的形成，這一實驗發現允許通過使用超冷原子的直接量子模擬來研究QIST的一個核心範式。科學家們預計，他們的新型准粒子，模擬了材料和設備中的強相互作用的光子，但規避了一些固有的挑戰，將有利於QIST平台的進一步發展，這些平台有望徹底改變計算和通信技術。
研究結果詳見發表在《自然-物理》雜誌上的一篇論文。該研究揭示了基本的偏振子特性和相關的多體現象，並為偏振子量子物質的研究提供了新的可能性。
使用基於光子的QIST平台的一個重要挑戰是，雖然光子可以成為量子信息的理想載體，但它們通常不相互作用。這種相互作用的缺失也抑制了它們之間量子信息的可控交換。科學家們通過將光子與材料中較重的激發物耦合，從而形成極子，即光與物質之間的類似嵌合體的混合體，找到了解決這一問題的方法。這些較重的准粒子之間的碰撞使光子能夠有效地相互作用。這可以實現基於光子的量子門操作，最終實現整個QIST基礎設施。
然而，一個主要的挑戰是這些基於光子的偏振子的壽命有限，因為它們與環境的輻射耦合導致了不可控的自發衰變和退相干。
根據Schneble及其同事的說法，他們發表的極光子研究完全規避了自發衰變造成的這種限制。他們的偏振子的光子方面完全由原子物質波來承載，對其來說，這種不需要的衰變過程並不存在。這一特點打開了進入參數體系的通道，而這些參數體系在基於光子的偏振子系統中是不存在的，或者說還沒有進入。
“量子力學的發展在上個世紀佔據了主導地位，現在全球範圍內正在進行一場朝着QIST及其應用發展的‘第二次量子革命’，包括在IBM、Google和亞馬遜等公司，”文理學院物理和天文學系教授Schneble說。“我們的工作強調了一些基本的量子力學效應，這些效應對QIST中出現的光子量子系統很有意義，包括半導體納米光子學和電路量子電動力學。”
紐約州立大學石溪分校的研究人員在一個平台上進行了他們的實驗，這個平台的特點是超冷原子在一個光學晶格中，這是一個由光的駐留波形成的蛋殼狀的潛在景觀。他們使用一個具有各種激光器和控制場並在納開爾文溫度下運行的專用真空設備，實現了一個場景，其中被困在晶格中的原子用由脆弱的、蒸發的物質波組成的真空激發雲“打扮”自己。
研究小組發現，作為一個結果，極化粒子變得更加靈活。研究人員能夠通過輕輕搖晃晶格直接探測其內部結構，從而獲得物質波和原子晶格激發的貢獻。當單獨放置時，物質波偏振子在晶格中跳躍，相互作用，並形成穩定的准粒子物質相。
Schneble解釋說：“通過我們的實驗，我們在一個新的體系中對激子-極子系統進行了量子模擬。尋求進行這樣的‘模擬’仿真，而且是‘模擬’，即相關的參數可以自由撥動，這本身就構成了QIST的一個重要方向。”