See on pilguheit ulmetele: teadlased on loonud uue valguse vormi, mida kunagi võiks kasutada valguskristallide ehitamiseks. Kuid enne seda, kui võimalikud Jedised hakkavad oma sabereid nõudma, toob edasiminek tõenäoliselt kaasa intrigeerivate uute suhtlus- ja arvutamisviiside loomise, teatasid teadlased sel nädalal ajakirjas Science .
Valgus koosneb footonitest - kiiretest, pisikestest energiapakkidest. Tavaliselt ei integreeri footonid üksteisega üldse, mistõttu taskulampide kasutamisel "te ei näe, et valguskiired põgenevad teineteisest, näete, et need lähevad üksteiselt läbi, " selgitab doktor Sergio Cantu. aatomifüüsika kandidaat Massachusettsi tehnoloogiainstituudis. Uutes eksperimentides panid füüsikud siiski üksikud footonid üksteisele hubaseks ja üksteise külge ühendamiseks sarnaselt sellele, kuidas üksikud aatomid molekulides kokku kleepuvad.
Fotonitants toimub MIT-i laboris, kus füüsikud viivad laseriga lauakatseid. Cantu, tema kolleeg Aditya Venkatramani, Ph.D. Harvardi ülikooli aatomifüüsika kandidaat ja nende kaastöötajad alustavad jahutatud rubiidiumi aatomite pilve loomisega. Rubiidium on leelismetall, seega näeb see tavaliselt välja nagu hõbevalge tahke aine. Kuid rubiidiumi aurustamine laseriga ja selle ülakõhuna hoidmine loob pilve, mille teadlased väikeses tuubis sisaldavad ja magnetiseerivad. See hoiab rubiidiumiaatomeid hajusana, aeglaselt liikuvana ja ergastatud olekus.
Siis tulistab meeskond pilve tagant nõrga laseri. Laser on nii nõrk, et pilve siseneb vaid käputäis footoneid, selgitas MIT pressiteade. Füüsikud mõõdavad footoneid pilve teisest küljest väljumisel ja see tähendab siis, kui asjad muutuvad veidraks.
Tavaliselt liiguvad footonid valguse kiirusel ehk peaaegu 300 000 kilomeetrit sekundis. Pilvest läbi liikudes hiilivad footonid aga 100 000 korda normaalsest aeglasemalt. Samuti, selle asemel, et pilvest juhuslikult väljuda, tulevad footonid paarikaupa või kolmikute kaudu. Need paarid ja kolmikud annavad ka teistsuguse energiasignaali, faasinihke, mis annab teadlastele teada, et footonid interakteeruvad.
"Esialgu oli see ebaselge, " ütleb Venkatramani. Meeskond oli varem näinud kahte footoni koostoimimist, kuid nad ei teadnud, kas kolmikud on võimalikud. Lõppude lõpuks, nagu ta selgitab, on vesiniku molekul kahe vesiniku aatomi stabiilne paigutus, kuid kolm vesiniku aatomit ei saa koos püsida kauem kui miljon sekundit. "Me ei olnud kindlad, et kolm footonit on stabiilne molekul või midagi sellist, mida me isegi näeme, " ütleb ta.
Üllatavalt avastasid teadlased, et kolme footoni rühmitus on veelgi stabiilsem kui kaks. "Mida rohkem lisate, seda tugevamalt need seotakse, " ütleb Venkatramani.
Aga kuidas footonid omavahel kokku saavad? Füüsikute teoreetiline mudel soovitab, et kui üksik footon liigub läbi rubiidiumipilve, hüppab see ühest aatomist teise, "nagu mesilane, kes lendleb lillede vahel", selgitatakse pressiteates. Üks footon võib lühiajaliselt aatomiga seonduda, moodustades hübriidse footoni-aatomi või polaritoni. Kui kaks neist polaritoonidest kohtuvad pilves, suhtlevad nad omavahel. Pilve servani jõudes jäävad aatomid taha ja footonid sõidavad edasi, seodudes ikkagi kokku. Lisage veel footoneid ja sama nähtus tekitab kolmikuid.
"Nüüd, kui oleme aru saanud, mis põhjustab interaktsioonide atraktiivsuse, võite küsida: kas saate panna need hoopis üksteist tõrjuma?" ütleb Cantu. Põhimõtteliselt võiks interaktsiooni mängimine paljastada uusi teadmisi selle kohta, kuidas energia töötab või kust see tuleb.
Tehnoloogilise arengu huvides võivad sel viisil omavahel ühendatud footonid edastada teavet - kvantarvutuseks kasulikku kvaliteeti. Ja kvantarvutused võivad viia parandamatute koodide, ülitäpsete kellade, uskumatult võimsate arvutite ja muuni. Asi, mis footonites sisalduvat teavet kodeerides on nii atraktiivne, on see, et footonid saavad oma teavet väga kiiresti vahemaadelt kanda. Juba footonid kiirendavad meie sidet fiiberoptiliste liinide kaudu. Seotud või takerdunud footonid võivad keerulist kvantteavet edastada peaaegu hetkega.
Meeskond kavatseb kontrollida footonite atraktiivset ja tõrjuvat vastastikmõju nii täpselt, et nad saaksid footonid paigutada ennustatavatesse struktuuridesse, mis hoiavad kokku nagu kristallid. Mõned footonid tõrjuvad üksteist, surudes üksteist lahku, kuni nad leiavad oma ruumi, teised hoiavad suuremat moodustist ja hoiavad eemale tõrjuvaid. Nende mustriline paigutus oleks hele kristall. Heledas kristallis "kui sa tead, kus üks footon asub, siis sa tead, kus teised selle taga on, võrdsete intervallidega", ütleb Venkatramani. "See võib olla väga kasulik, kui soovite regulaarselt kvantkommunikatsiooni."
Tulevik, mille sellised kristallid võimaldaksid, võib tunduda hägune kui see, kus inimesed võitlevad tulesähvatustega, kuid see võib pidada veelgi muljetavaldavamat ja unistamatumat arengut.
Toimetaja märkus: Seda lugu on parandatud, et kajastada, et footonid, mitte aatomid, sisenevad rubiidiumipilve ja nende kiirus aeglustub nende läbimisel.
