Ez egy pillantás a tudományos fantasztikus tényekre: A tudósok új fényformát hoztak létre, amelyet valaha fénykristályok felépítésére lehet használni. De mielőtt a leendő Jedis elkezdené igényelni a kardját, az előrelépés sokkal inkább érdekes, új kommunikációs és számítási módszerekhez vezet, állítják a kutatók a Science ezen a héten.
A fény fotonokból áll - gyors, apró energiacsomagok. Általában a fotonok egyáltalán nem lépnek kölcsönhatásba egymással, ezért zseblámpák használatakor "nem látod, hogy a fénynyalábok egymástól visszapattannak, másrészt átjárnak" - magyarázza Sergio Cantu, Ph.D. atomi fizika jelölt a Massachusetts Institute of Technology-nál. Új kísérletekben azonban a fizikusok hozzáfűzték az egyes fotonokat, hogy egymáshoz kényelmesebbé váljanak és összekapcsolódjanak, hasonlóan ahhoz, ahogyan az egyes atomok molekulákban ragaszkodnak.
A foton tánc az MIT laboratóriumában zajlik, ahol a fizikusok asztali kísérleteket végeznek lézerekkel. Cantu, kollégája, Aditya Venkatramani, Ph.D. a Harvardi Egyetem atomfizikai jelöltje és munkatársaik először hűtött rubídium-atomok felhőjének létrehozásával kezdik. A rubídium egy alkálifém, így jellemzően ezüstfehér szilárd anyagnak tűnik. A rubídium lézerrel történő párologtatása és ultrahőmérsékleten tartása olyan felhőt hoz létre, amelyet a kutatók egy kis csőben tartalmaznak és mágneseznek. Ez tartja a rubídium atomokat diffúz, lassan mozgó és nagyon izgatott állapotban.
Ezután a csapat gyenge lézert lő a felhőbe. A lézer olyan gyenge, hogy csak maroknyi foton lép be a felhőbe - magyarázza az MIT sajtóközleménye. A fizikusok megmérik a fotonokat, amikor kilépnek a felhő másik oldaláról, vagyis amikor a dolgok furcsavá válnak.
Általában a fotonok fénysebességgel - vagyis közel 300 000 kilométer / másodperc - haladnak. De miközben áthaladnak a felhőn, a fotonok a normálnál lassabban 100 000-szer kúsznak. Ezenkívül ahelyett, hogy véletlenszerűen kilépne a felhőből, a fotonok párban vagy hármasban lépnek át. Ezek a párok és hármasok eltérő energiajelet, fáziseltolódást bocsátanak ki, amely azt mondja a kutatóknak, hogy a fotonok kölcsönhatásba lépnek.
"Kezdetben nem volt világos" - mondja Venkatramani. A csapat már látta, hogy két foton kölcsönhatásba lép, ám nem tudták, lehetséges-e hármasok. Végül is, magyarázza, a hidrogénmolekula két hidrogénatom stabil elrendezése, de három hidrogénatom nem maradhat együtt másodperc milliárdodján tovább. "Nem voltunk benne biztosak benne, hogy a három foton stabil molekula vagy valami, amit még láthatunk" - mondja.
Meglepő módon a kutatók felfedezték, hogy a három fotonos csoportosítás még stabilabb, mint a kettő. "Minél többet adsz, annál erősebben kötik őket" - mondja Venkatramani.
De hogyan jutnak össze a fotonok? A fizikusok elméleti modellje azt sugallja, hogy amikor egyetlen foton mozog a rubídium felhőjén, az egyik atomról a másikra ugrál, "mint egy virág között rohanó méh" - magyarázza a sajtóközlemény. Az egyik foton rövid ideig kötődik egy atomhoz, hibrid fotonatomot vagy polaritont képezve. Ha ezen polaritonok közül kettő találkozik a felhőben, akkor kölcsönhatásba lépnek. Amikor elérik a felhő szélét, az atomok hátramaradnak, és a fotonok előrehaladnak, még mindig össze vannak kötve. Adjon hozzá további fotonokat, és ugyanaz a jelenség hármasokat eredményez.
"Most, hogy megértettük, mi vonzza az interakciókat, felteheti azt a kérdést: meg tudja-e cserélni őket egymás helyett?" - mondja Cantu. Alapvetően az interakcióval való játék új betekintést tud felfedni arra, hogy az energia hogyan működik, vagy honnan származik - mondja.
A technológiai fejlődés érdekében az így összekapcsolt fotonok információt hordozhatnak - ez a minőség kvantumszámításhoz hasznos. És a kvantumszámítás rejthetetlen kódokhoz, rendkívül pontos órákhoz, hihetetlenül nagy teljesítményű számítógépekhez és még sok mindenhez vezethet. A fotonok kódolásakor annyira vonzó az a helyzet, hogy a fotonok nagyon gyorsan képesek továbbadni információkat távolságoktól. Már a fotonok felgyorsítják kommunikációnkat száloptikai vonalak mentén. A kötött vagy összefonódott fotonok szinte azonnal át tudják adni a komplex kvantuminformációkat.
A csapat úgy tervezi, hogy olyan pontosan ellenőrzi a fotonok vonzó és visszataszító kölcsönhatásait, hogy a fotonokat kiszámítható struktúrákba rendezzék, amelyek összetartanak, mint a kristályok. Néhány foton visszatükrözi egymást, addig tolva egymást, amíg meg nem találják a saját teret, míg mások megtartják a nagyobb képződményt, és megakadályozzák a visszataszító szétszóródást. Mintás elrendezésük könnyű kristály lenne. Világos kristályban "ha tudja, hol van az egyik foton, akkor tudja, hol vannak a többi mögött, azonos időközönként" - mondja Venkatramani. "Ez nagyon hasznos lehet, ha rendszeres időközönként kvantumkommunikációt szeretne folytatni."
Az a jövő, amelyet az ilyen kristályok lehetővé tehetnek, homályosabbnak tűnhet, mint amelyben az emberek harcolnak a fénykardokkal, de ez még ennél is lenyűgözőbb és álmatlanabb előrehaladást képes tartani.
Szerkesztő megjegyzés: Ezt a történetet kijavítottuk annak tükrében, hogy a fotonok, nem az atomok, belépnek a rubídium-felhőbe, és sebességük lassul, miközben áthaladnak.
