Това е преглед на научната фантастика, направен факт: Учените създадоха нова форма на светлина, която някой ден може да се използва за изграждане на леки кристали. Но преди бъдещите джедаи да започнат да изискват своите саби, авансът е много по-вероятно да доведе до интригуващи нови начини за комуникация и изчисляване, съобщават изследователите тази седмица в Science .
Светлината се състои от фотони - бързи и малки пакети енергия. Обикновено фотоните изобщо не си взаимодействат помежду си, поради което при използване на фенерчета „не виждате светлинните лъчи да отскачат един от друг, виждате ги да преминават един през друг“, обяснява Серджо Канту, доктор на науките. кандидат по атомна физика в Масачузетския технологичен институт. В новите експерименти обаче, физиците коаксираха отделни фотони, за да се уютят един до друг и да се свържат, подобно на начина, по който отделните атоми се съединяват в молекулите.
Танцът на фотоните се случва в лаборатория в MIT, където физиците провеждат експерименти с настолни компютри с лазери. Канту, колегата му Адита Венкатрамани, доктор на науките. кандидат по атомна физика от Харвардския университет и техните сътрудници започват, като създават облак от охладени атоми на рубидий. Рубидий е алкален метал, така че обикновено изглежда като сребристо-бяло твърдо вещество. Но изпаряването на рубидий с лазер и поддържането му ултра студено създава облак, който изследователите съдържат в малка тръба и намагнетизира. Това поддържа атомите на рубидия дифузни, бавно движещи се и в силно възбудено състояние.
Тогава екипът пуска слаб лазер в облака. Лазерът е толкова слаб, че само шепа фотони влизат в облака, се обяснява в прессъобщение на MIT. Физиците измерват фотоните, когато излизат от другата страна на облака и тогава нещата стават странни.
Обикновено фотоните пътуват със скоростта на светлината - или почти 300 000 километра в секунда. Но докато преминават през облака, фотоните пълзят по 100 000 пъти по-бавно от нормалното. Също така, вместо да излязат от облака на случаен принцип, фотоните преминават по двойки или триплети. Тези двойки и тризнаци също издават различен енергиен подпис, фазово изместване, което казва на изследователите, че фотоните си взаимодействат.
„Първоначално беше неясно“, казва Венкатрамани. Екипът беше виждал два фотона да си взаимодействат преди, но не знаеха дали са възможни тризнаци. В крайна сметка, обяснява той, молекулата на водорода е стабилна подредба от два водородни атома, но три водородни атома не могат да останат заедно по-дълго от милионна част от секундата. "Не бяхме сигурни, че три фотона ще бъдат стабилна молекула или нещо, което дори бихме могли да видим", казва той.
Изненадващо изследователите откриха, че групирането с три фотона е дори по-стабилно от две. „Колкото повече добавяте, толкова по-силно са обвързани“, казва Венкатрамани.
Но как се събират фотоните? Теоретичният модел на физиците предполага, че докато един единствен фотон се движи през облака от рубидий, той скача от един атом на друг, „като пчела, която лети между цветя“, се обяснява в прессъобщението. Един фотон може за кратко да се свърже с атом, образувайки хибриден фотон-атом или поляритон. Ако два от тези поляритони се срещнат в облака, те си взаимодействат. Когато стигнат до ръба на облака, атомите остават отзад и фотоните плават напред, все още свързани. Добавете още фотони и същото явление поражда тризнаци.
„След като разбрахме какво води до това, че взаимодействията са привлекателни, можете да попитате: Можете ли да ги накарате да се отблъскват взаимно?“ казва Канту. По принцип играта с взаимодействието би могла да разкрие нови идеи за това как работи енергията или откъде идва, казва той.
За целите на технологичния напредък фотоните, свързани по този начин, могат да носят информация - качество, което е полезно за квантовите изчисления. А квантовите изчисления биха могли да доведат до неразбираеми кодове, ултраточни часовници, невероятно мощни компютри и други. Това, което е толкова привлекателно за кодирането на информация във фотоните, е, че фотоните могат да пренасят информацията си на разстояния много бързо. Вече фотоните ускоряват комуникациите ни по оптични линии. Свързани или заплетени фотони биха могли да предават сложна квантова информация почти мигновено.
Екипът предвижда да контролира привлекателните и отблъскващи взаимодействия на фотоните, така че да могат да подредят фотоните в предвидими структури, които се държат заедно като кристали. Някои фотони биха се отблъсквали един друг, изтласквайки се, докато намерят собствено пространство, докато други задържат по-голямата формация и предпазват отблъскващите се да не се разпръснат. Тяхното подреждане по шаблони ще бъде лек кристал. В лек кристал, "ако знаете къде е един фотон, тогава знаете къде са другите зад него, на равни интервали", казва Венкатрамани. „Това може да бъде много полезно, ако искате да имате квантова комуникация на редовни интервали.“
Бъдещето, което биха могли да позволят подобни кристали, може да изглежда по-мъгляво от това, в което хората се бият със светлинни мечове, но би могло да постигне напредък още по-впечатляващо и непрекъснато.
Бележка на редактора: Тази история е коригирана, за да отрази, че фотоните, а не атомите, влизат в облака на рубидия и скоростта им се забавя, докато преминават през него.
