Je to letmý pohled na fikci vytvořenou sci-fi: Vědci vytvořili novou formu světla, která by se mohla někdy použít k vytváření světelných krystalů. Ale než by potenciální Jedis začal požadovat své šavle, je pravděpodobné, že tento pokrok povede k zajímavým novým způsobům komunikace a práce na počítači, informují vědci tento týden v Science .
Světlo je tvořeno fotony - rychlými, malými balíčky energie. Fotony obvykle vzájemně nekomunikují, a proto při použití baterek „nevidíte odrazy světelných paprsků od sebe, vidíte, jak prochází navzájem, “ vysvětluje Sergio Cantu, Ph.D. kandidát v atomové fyzice na Massachusetts Institute of Technology. V nových experimentech však fyzikové přiměli jednotlivé fotony, aby se navzájem útulně spojili a propojili, podobně jako jednotlivé atomy ulpívají v molekulách.
Fotonový tanec se odehrává v laboratoři na MIT, kde fyzici provádějí stolní experimenty s lasery. Cantu, jeho kolega Aditya Venkatramani, Ph.D. kandidát na atomovou fyziku na Harvardské univerzitě a jejich spolupracovníci začínají vytvořením oblaku chlazených atomů rubidia. Rubidium je alkalický kov, takže obvykle vypadá jako stříbrně bílá pevná látka. Ale odpařování rubidia pomocí laseru a jeho udržování ultracold vytváří mrak, který vědci obsahují v malé zkumavce a magnetizují. To udržuje atomy rubidia difuzní, pomalu se pohybující a ve velmi vzrušeném stavu.
Tým vypálí na cloud slabý laser. Laser je tak slabý, že do cloudu vstoupila jen hrstka fotonů, vysvětluje tisková zpráva MIT. Fyzici měří fotony, když opouštějí druhou stranu cloudu, a to je situace, kdy se věci začnou divit.
Normálně by fotony cestovaly rychlostí světla - nebo téměř 300 000 kilometrů za sekundu. Ale zatímco prochází oblakem, fotony se plazí podél 100 000krát pomaleji, než je obvyklé. Také namísto náhodného opuštění cloudu prochází fotony ve dvojicích nebo trojicích. Tyto páry a trojice také vydávají jiný energetický podpis, fázový posun, který říká vědcům, že fotony interagují.
„Zpočátku to nebylo jasné, “ říká Venkatramani. Tým už viděl interakci dvou fotonů, ale nevěděli, jestli jsou možná trojčata. Konec konců vysvětluje, že molekula vodíku je stabilní uspořádání dvou atomů vodíku, ale tři atomy vodíku nemohou zůstat spolu déle než miliontinu sekundy. „Nebyli jsme si jisti, že by tři fotony byly stabilní molekulou nebo něčím, co bychom dokonce mohli vidět, “ říká.
Vědci překvapivě zjistili, že seskupení tří fotonů je ještě stabilnější než dva. "Čím více přidáte, tím silněji jsou vázáni, " říká Venkatramani.
Jak se ale fotony spojí? Teoretický model fyziky naznačuje, že jak se jeden foton pohybuje skrz oblak rubidia, chmela z jednoho atomu na druhý, „jako včelí moucha mezi květinami“, vysvětluje tisková zpráva. Jeden foton se může krátce vázat na atom a vytvořit hybridní fotonový atom nebo polariton. Pokud se dva z těchto polaritonů setkají v cloudu, interagují. Když dosáhnou okraje mraku, atomy zůstanou vzadu a fotony odplují vpřed, stále svázané k sobě. Přidejte více fotonů a stejný jev způsobí trojice.
"Teď, když chápeme, co vede k přitažlivosti interakcí, můžete se zeptat: Můžete je místo toho přimět, aby se navzájem odrazili?" říká Cantu. V zásadě by hraní s interakcí mohlo odhalit nové poznatky o tom, jak energie funguje nebo odkud pochází, říká.
Za účelem technologického pokroku mohou fotony takto spojené dohromady přenášet informace - kvalita, která je užitečná pro kvantové výpočty. A kvantové výpočty by mohly vést k nepřekonatelným kódům, ultravysokým hodinám, neuvěřitelně výkonným počítačům a dalším. Věci, které přitahují informace o kódování ve fotonech, je to, že fotony mohou velmi rychle přenášet své informace na dálku. Fotony již urychlují naši komunikaci podél optických linií. Vázané nebo zamotané fotony mohly přenášet složité kvantové informace téměř okamžitě.
Tým plánuje ovládat atraktivní a odpudivé interakce fotonů tak přesně, aby mohly uspořádat fotony v předvídatelných strukturách, které drží pohromadě jako krystaly. Některé fotony by se navzájem odpuzovaly a tlačily by se, dokud nenajdou svůj vlastní prostor, zatímco jiné drží větší formaci a zabrání rozptýleným. Jejich vzorované uspořádání by bylo lehkým krystalem. Ve světlém krystalu „pokud víte, kde je jeden foton, pak víte, kde jsou ostatní za ním, ve stejných intervalech, “ říká Venkatramani. "To by mohlo být velmi užitečné, pokud chcete mít kvantovou komunikaci v pravidelných intervalech."
Budoucnost, kterou by takové krystaly mohly umožnit, se může zdát mlhavější než ta, v níž lidé bojují se světelnými meči, ale zatím to může přinést pokroky ještě působivější a nezasažené.
Poznámka editora: Tento příběh byl opraven, aby odrážel, že fotony, nikoli atomy, vstupují do rubidiového mraku a jejich rychlost se zpomaluje, zatímco prochází.
