实验室中的量子涡旋形成

在液氦和超冷稀释气体的经典实验中可以产生量子化涡流，以对不同的超流体进行基础和比较研究。在ScienceAdvances上发表的一份新报告中，IvanGnusov和英国、俄罗斯和冰岛的一个光子学和物理学研究团队开发了一个“旋转桶”实验，以光学方式包含光的量子流体。

实验依赖于半导体微腔内的激子-极化子玻色-爱因斯坦凝聚体。该团队使用了两个稳频单模激光器的拍频，并生成了一个不对称的时间周期旋转非共振激发曲线。然后他们研究了旋转频率的依赖性，以揭示有利于量子化涡流形成的搅拌频率范围。结果可以促进极化子超流的研究，以了解光学对结构非线性光的作用。

“转桶”实验

光学涡度中的轨道角动量(OAM)对于编码和处理光学信息至关重要;这种现象导致了微型激光设备的发展。光学涡流与在相互作用的流体中看到的传统涡流明显不同。例如，常规涡旋在自然界中随处可见，从木星气带内的巨大涡旋风暴到超导体、超流体和玻色-爱因斯坦凝聚体等宏观量子系统中的微小微米级量子涡旋。虽然光学涡旋起源于几何，但超流体和玻色-爱因斯坦凝聚体中的涡旋被认为是拓扑缺陷。

尽管极化激元学领域取得了重大进展，但研究人员尚未了解搅拌极化激元凝聚体或使用液氦或稀释量子气体的“旋转桶”实验中的涡流形成。为了产生这种现象，物理学家使用了外部电场或磁场。在这项工作中，Gnusov及其同事通过使用圆柱形不对称光学设备，在存在于半导体微腔内的极化子凝聚体或玻色子准粒子中塑造了旋转桶实验。然后，他们通过敲打两个轨道角动量相反的频率失谐单模激光器的音符来形成一个激发模式，形成一个复合光束。

转桶实验和数值模拟中的泵送配置

在实验过程中，该团队将极化子凝聚体光学注入到一个无机微腔中，该微腔包含布拉格反射器，量子阱嵌入腔内光场中。然后，他们将样品放在4K的冷指低温恒温器中。此后，该团队将两个空间调制激光叠加在一个非偏振分束器上，形成一个旋转的哑铃形激发模式，其中旋转的方向和频率来自先前的研究。

对于两个激光器之间的零频率失谐，该团队注意到由于激子和极化子之间的排斥相互作用，形成了一个静态哑铃形热激子库，部分包含激发剖面内的极化子。他们使用广义二维Gross-Pitaevskii方程通过数值建模定量地再现了结果。得失之间的竞争导致了与激子库共同旋转的量子涡旋。除了在旋转极化子流体中重现量子涡旋形成的能力外，具有调节电荷的结构光源还提供了经典和量子通信中的应用。

频率相关的量子涡旋形成

Gnusov及其同事主要对旋转桶实验的动力学感兴趣，因为它依赖于量子涡旋形成过程中相应的频率。通过调整直径为14μm的激发模式的旋转频率，该团队观察到1到4GHz之间的量子涡旋形成。

科学家们记录了每个频率的界面，并提取了100个“单次”实现的真实空间相位分布。然后他们开发了一种涡旋排序算法来区分实验过程中的量子涡旋状态。再一次，该团队整合了数值模拟，以定量确认实验观察结果和量子涡旋作为旋转频率的函数。

外表

通过这种方式，IvanGnusov及其同事研究了超冷量子气体和液氦中的量子涡旋形成，以了解超流体的迷人基础和比较研究。该团队通过基于极化子玻色-爱因斯坦凝聚态的转桶实验，在实验室中实现了量子涡旋态的形成。极化子位移的基础物理学需要千兆赫兹范围内的搅拌频率。

由于现有的快速创建扩展极化子网络的能力，这种方法将使研究人员能够设计涡流阵列并研究大规模驱动耗散量子流体中极化、轨道角动量和线性动量自由度的复杂相互作用。实验演示提供了光学涡流的来源，以增强经典和量子计算中的应用程序，并有可能检查量子流体的传输。