光学捕获的量子光滴可以结合在一起形成宏观复合物

研究人员经常使用凝聚态系统和光子技术来创建微尺度平台，这些平台可以在更容易访问的环境中模拟许多相互作用的量子粒子的复杂动力学。一些例子包括光学晶格中的超冷原子系综、超导阵列、光子晶体和波导。2006年，一个新的平台出现了，展示了激子极性子的宏观相干量子流体，通过光学技术探索多体量子现象

当一块半导体被放置在两个反射镜（光学微谐振器）之间时，其中的电子激发会受到反射镜之间捕获的光子的强烈影响。由此产生的新玻色子量子粒子，被称为激子极性子（或简称极性子），可以在适当的情况下发生相变，成为非平衡玻色-爱因斯坦凝聚体，并形成宏观量子流体或光滴

极化激元的量子流体具有许多显著的特性，其中之一是它们具有光学可配置性和可读性，可以方便地测量极化激元动力学。这就是为什么它们在模拟多体物理方面如此有利的原因

必须用外部激光连续光学泵浦北极星冷凝物以补充颗粒，否则冷凝物会在皮秒内消散。然而，由于粒子间的排斥力，冷凝物泵送的难度越大，其能量就越大，导致粒子逃离冷凝物，随后空间相关性衰减

这是光学可编程极化激元模拟器的一个基本问题。科学家们需要想出一种方法，使冷凝物在光学泵送的同时更稳定、更长寿

来自Lecce的CNR Nanotec和华沙大学物理学院的科学家使用新一代半导体光子光栅实现了这一目标。在他们发表在《自然物理学》上的题为“连续体中束缚态的可重构量子流体分子”的论文中，他们利用光子光栅的亚波长特性为极化子注入了新的特性

首先，极性子可以被驱动压缩成超长寿命状态，称为连续体中的束缚态（BIC）。BIC的迷人之处在于，由于对称性强制保护，它们大多是非辐射的，不受光子模式外部连续体的影响

＜p＞其次，由于来自光栅的色散关系，极化激元获得了负的有效质量。这意味着泵浦的极性子再也不能如此容易地通过正常的衰变通道逃逸了。现在，研究人员拥有了极性子流体，这些流体不仅寿命极长，而且仅使用光学技术就可以安全地封闭

这些机制相结合，使Lecce CNR Nanotec的Antonio Gianfrate和Danielle Sanvitto能够光学泵送多个极化子液滴，这些液滴可以相互作用并杂交成宏观复合物。他们可以使用这种新形式的人造原子来定制和可逆地配置分子排列和链：负质量BIC极性子的缩合物

＜p＞BIC特性为极性子提供了更长的寿命，而负质量特性导致它们被光学捕获。这一发现得到了Helgi Sigurdsson（华沙大学）、Hai Chau Nguyen（德国锡根大学）和Hai Son Nguyen

该平台的最终优势是，人工量子复合物可以全光学编程，但由于其对连续体的保护，它们仍能保持很高的寿命。这可能导致对光学可编程大规模量子流体的新探索，该流体由前所未有的相干尺度和稳定性定义，用于复杂系统的结构化非线性激光和基于极化激元的模拟

“在这个人工极性狄拉克系统中，仍有几种有趣的方法需要探索。例如，沿光栅方向和垂直于光栅方向的极性子液滴之间的耦合机制非常不同。沿波导，极性子实际上是与其泵浦点强结合的负质量粒子。”

华沙大学物理学院的Helgi Sigurğsson总结道：“垂直于波导，它们作为正质量粒子进行弹道传输。这两种机制的混合为观察结构化极性子量子流体中同步性和模式形成的涌现行为打开了一扇新的窗口。”