推進量子科學與技術 (QIST) 領域的實驗平台的開發帶來了一系列獨特的優勢和任何新興技術所共有的挑戰。由 Dominik Schneble 博士領導的石溪大學的研究人員報告了物質波極化子在光學晶格中的形成，這是一項實驗發現，允許通過使用超冷原子的直接量子模擬來研究中心 QIST 範式。科學家們預計，他們的新型准粒子模擬材料和設備中的強相互作用光子，但規避了一些固有挑戰，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。
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，但它們通常不會相互交互。這種相互作用的缺乏也抑制了它們之間量子信息的受控交換。科學家們通過將光子與材料中更重的激發耦合，從而找到了解決此問題的方法，從而在光和物質之間形成極化子，類似於嵌合體的混合物。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，並最終實現整個 QIST 基礎設施。
然而，一個主要挑戰是這些基於光子的極化子的有限壽命，因為它們與環境的輻射耦合，導致不受控制的自發衰變和退相干。
根據 Schneble 及其同事的說法，他們發表的極化子研究完全規避了由自發衰變引起的這種限制。它們的極化子的光子方面完全由原子物質波攜帶，因此不存在這種不需要的衰變過程。此功能打開了對基於光子的極化子系統中不可訪問或尚未訪問的參數方案的訪問。
「量子力學的發展在上個世紀占據主導地位，針對 QIST 及其應用的『第二次量子革命』正在全球範圍內進行，包括 IBM、谷歌和亞馬遜等公司，」Schneble 說，文理學院物理與天文學系教授。「我們的工作突出了一些基本的量子力學效應，這些效應對 QIST 中的新興光子量子系統感興趣，從半導體納米光子學到電路量子電動力學。」
Stony Brook 的研究人員在一個平台上進行了他們的實驗，該平台具有光學晶格中的超冷原子，這是一種由光駐波形成的類似蛋箱的潛在景觀。他們使用具有各種雷射器和控制場並在納米開爾文溫度下運行的專用真空裝置，實現了一種場景，在這種場景中，被困在晶格中的原子「穿上」了由脆弱的消逝物質波構成的真空激發雲。
研究小組發現，因此，極化子粒子變得更加移動。研究人員能夠通過輕輕搖動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。單獨放置時，物質波極化子在晶格中跳躍，相互作用，形成准粒子物質的穩定相。
「通過我們的實驗，我們在一種新的狀態下對激子-極化子系統進行了量子模擬，」Schneble 解釋說。「尋求執行這種『模擬』模擬，此外，在相關參數可以自由撥入的意義上是『模擬』，這本身就構成了 QIST 的一個重要方向。」