Физики из Массачусетского технологического института (США) впервые заставили единичные частицы света (фотоны) взаимодействовать между собой при комнатной температуре. Это исследование открывает дорогу для создания сверхбыстрых обычных компьютеров и их больших квантовых собратьев.
"Все предыдущие попытки столкнуть частицы света между собой требовали охлаждения атомов или похожих на них структур до температур, близких к абсолютному нулю, и работали для фотонов в очень узком диапазоне частот. Разработка методики, позволяющей делать это при комнатной температуре и при нормальных условиях, была идеей-фикс для нас", — рассказывает в пресс-релизе ведущий автор исследования профессор Дирк Энглунд (Dirk Englund).
По его словам, создание световых компьютеров и их квантовых аналогов сегодня замедляется тем, что пока у физиков нет способов заставить главный "носитель информации" в подобных вычислительных приборах – фотоны, частицы света, взаимодействовать между собой, не используя при этом материю в виде электронов или ионов в качестве "посредников".
Фотоны, как может убедиться любой человек, скрестив лучи двух фонариков, фактически не взаимодействуют друг с другом и пролетают другие частицы света, не сталкиваясь с ними и не меняя траекторию их движения. Как показывают теоретические расчёты и последние опыты, фотоны начинают влиять друг на друга только в экстремальных условиях, к примеру, при столкновении лучей мощнейших лазеров или внутри "кольца" Большого адронного коллайдера.
Относительно недавно учёные обнаружили, что подобные условия можно создать в окрестностях определённых атомов щелочных и редкоземельных металлов, охлажденных до сверхнизких температур. Это открытие заставило Энглунда и его коллег задуматься, можно ли создать схожие условия и при нормальной комнатной температуре, сообщает РИА Новости.
Проанализировав итоги других экспериментов, физики из MIT пришли к выводу, что фотоны начинали взаимодействовать друг с другом в том случае, если они находились внутри мощного электрического поля. Они попытались воспроизвести эти условия, создав особый световод из кремния, содержащий в себе множество отверстий разной ширины.
Эти отверстия соединены друг с другом каналом, который сужается к центру световода, и в середине этого канала установлены две иглы, разделённые очень узким проходом. Отверстия и иглы играют разные роли: первые поглощают частицы света и не дают им покинуть световод, а иглы концентрируют их электрическое поле. Благодаря этому в проходе между иглами создаются условия, подобные тем, которые есть внутри БАК или в окрестностях атома.
Благодаря этому частицы света, которые будут проходить через это отверстие, будут очень сильно влиять друг на друга. К примеру, как показывают первые опыты Энглунда и его коллег, одиночные фотоны могут проходить через "дыру" в световоде, а пары частиц будут сталкиваться друг с другом и отскакивать в противоположных направлениях при сближении с иглами.
Как отмечают учёные, подобные световоды можно использовать уже сейчас для создания высококачественных источников одиночных фотонов, а в будущем они станут основой для световых или квантовых транзисторов и других элементов вычислительных схем.
Подробнее исследование описывается в статье, опубликованной в журнале Physical Review Letters.
Добавим, что ранее учёные обнаружили странную особенность фотонов, которая нарушает предыдущие представления об одном из базовых принципов квантовой физики.
