To je pogled na činjenicu znanstvene fantastike: Znanstvenici su stvorili novi oblik svjetlosti koji bi jednog dana mogao biti korišten za izgradnju svjetlosnih kristala. Ali prije nego što će Jedisi početi zahtijevati svoje sablje, napredak će daleko vjerovatnije dovesti do intrigantnih novih načina komuniciranja i računanja, izvijestili su istraživači ovog tjedna u Scienceu .
Svjetlost se sastoji od fotona - brzi, sićušni paketi energije. Obično fotoni uopće ne stupaju u interakciju, zbog čega prilikom upotrebe svjetiljki "ne vidite da se svjetlosni zraci odbijaju jedan od drugog, već ih vidite kako prolaze", objašnjava dr. Sc. Sergio Cantu. kandidat za atomsku fiziku na Massachusetts Institute of Technology. U novim eksperimentima, fizičari su oblikovali pojedinačne fotone kako bi se ugodno povezali jedni s drugima i povezali se, slično načinu na koji se pojedini atomi spajaju u molekulama.
Ples fotona događa se u laboratoriju na MIT-u, gdje fizičari izvode eksperimente za stolovima s laserima. Cantu, njegova kolega Aditya Venkatramani, doktor znanosti. kandidat za atomsku fiziku na Sveučilištu Harvard, a njihovi suradnici započinju stvaranjem oblaka ohlađenih atoma rubidija. Rubidij je alkalni metal, koji obično izgleda kao srebrno bijela kruta tvar. Ali isparavanje rubidija laserom i njegova ultrahladnost stvara oblak koji istraživači sadrže u maloj epruveti i magnetizira. To održava atome rubidija difuznim, sporo se kreću i u vrlo pobuđenom stanju.
Tada ekipa aktivira slab laser na oblaku. Laser je toliko slab da samo nekoliko fotona ulazi u oblak, objašnjava MIT-ovo priopćenje. Fizičari mjere fotone kad izađu s druge strane oblaka i tada stvari postaju čudne.
Fotoni bi obično putovali brzinom svjetlosti - ili gotovo 300 000 kilometara u sekundi. Ali dok prolaze kroz oblak, fotoni se kreću 100 000 puta sporije od normalne. Također, umjesto da nasumično izađu iz oblaka, fotoni prolaze u parovima ili trojkama. Ovi parovi i trojke daju i drugačiji energetski potpis, fazni pomak, koji upućuje istraživačima da fotoni djeluju.
"U početku je bilo nejasno", kaže Venkatramani. Tim je ranije vidio kako dva fotona komuniciraju, ali nisu znali jesu li moguće trojke. Napokon, objašnjava on, molekula vodika je stabilan raspored dva atoma vodika, ali tri atoma vodika ne mogu ostati zajedno duže od milijun sekunde sekunde. "Nismo bili sigurni da će tri fotona biti stabilna molekula ili nešto što bismo uopće mogli vidjeti", kaže on.
Iznenađujuće, istraživači su otkrili da je trofotonsko grupiranje još stabilnije od dvije. "Što više dodate, to su jače vezani", kaže Venkatramani.
Ali kako se fotoni skupljaju? Teorijski model fizičara sugerira kako se jedan foton kreće kroz oblak rubidija, skače s jednog atoma na drugi, "poput pčele koja leti između cvijeća", objašnjava priopćenje. Jedan se foton može na kratko vezati za atom, tvoreći hibridni fotonski atom ili polariton. Ako se dva od ovih polaritona sastanu u oblaku, oni djeluju. Kad dođu do ruba oblaka, atomi ostaju iza i fotoni plove prema naprijed, još uvijek povezani zajedno. Dodajte još fotona i isti fenomen stvara trojke.
"Sad kad razumijemo što dovodi do toga da interakcije budu atraktivne, možete se zapitati: Možete li ih natjerati da se odbijaju umjesto toga?" kaže Cantu. Igranje s interakcijom u osnovi bi moglo otkriti nove uvide u to kako energija djeluje ili odakle dolazi, kaže on.
U svrhu tehnološkog napretka, fotoni povezani na ovaj način mogu nositi informacije - kvalitetu koja je korisna za kvantno računanje. A kvantno računanje moglo bi dovesti do nepobitnih kodova, ultra preciznih satova, nevjerojatno moćnih računala i još mnogo toga. Ono što je toliko privlačno kod kodiranja podataka u fotone jest da fotoni mogu svoje podatke prenositi na udaljenosti vrlo brzo. Već fotoni ubrzavaju našu komunikaciju duž optičkih vlakana. Vezani ili zapleteni fotoni mogli bi prenijeti složene kvantne informacije gotovo trenutno.
Tim predviđa kontrolirati privlačne i odbojne interakcije fotona tako da bi mogli organizirati fotone u predvidljivim strukturama koje se drže zajedno poput kristala. Neki bi se fotoni odbijali, gurajući se dok ne pronađu vlastiti prostor, dok drugi drže veću formaciju i sprečavaju raspršivanje onih koji se odbijaju. Raspored uzorka bio bi svjetlosni kristal. U svijetlom kristalu, "ako znate gdje je jedan foton, tada znate gdje su drugi iza njega, u jednakim intervalima", kaže Venkatramani. "Ovo bi moglo biti korisno ako želite imati kvantnu komunikaciju u redovitim intervalima."
Budućnost koju bi takvi kristali mogli omogućiti može se činiti maglovitijom od one u kojoj se ljudi bore sa svjetlosnim snopovima, ali mogla bi napredovati još impresivnije i nespretnije.
Napomena urednika: Ova je priča ispravljena kako bi odražavala da fotoni, a ne atomi, ulaze u oblak rubidija i njihova brzina se usporava dok prolaze.
