Hunter
Fénykardként viselkedhetnek a fotonok
A fotonokat mindeddig tömegtelen részecskékként jellemezték, amik nem lépnek kölcsönhatásba egymással, a Harvard és az MIT tudósai azonban olyan "fotonikus molekulákról" számoltak be, melyek úgy viselkednek, mintha tömegük lenne.
A Harvard-MIT Ultrahideg Atomok Központjának kutatói szerint a molekulák az anyag egy soha nem látott formáját képviselik, ami eddig csak elméleti síkon létezett. Mikhail Lukin, a Harvard, illetve Vladan Vuletic, az MIT munkatársa a Nature legfrissebb számában számol be munkájukról.
"A fény ismert tulajdonságainak többsége abból a tényből ered, hogy a fotonok tömegtelenek és nem lépnek egymással kölcsönhatásba" - magyarázta Lukin. "Megalkottunk egy speciális közeget, amiben a fotonok olyan erős kölcsönhatásba lépnek egymással, hogy úgy kezdenek viselkedni, mintha tömeggel rendelkeznének és összekapcsolódva molekulákat alkotnak. Nem helytelen a fénykardokhoz való hasonlítás. Amikor ezek a fotonok kölcsönhatásba lépnek egymással, eltolják és eltérítik egymást. A molekulákban lejátszódó folyamat hasonló ahhoz, amit a filmekben látunk"
A tömegtelen fotonok egymáshoz való kapcsolódásához a kutatók rubídium atomokat pumpáltak egy vákuum kamrába, majd lézerekkel közel az abszolút nulla fokra hűtötték az atomfelhőt. Ezt követően egészen gyenge lézer impulzusokkal különálló fotonokat juttattak a felhőbe. Meglepetésükre azt vették észre, hogy két bejuttatott különálló foton képes együtt, egy fotonikus, vagy fénymolekulaként kilépni a felhőből.
A kutatók szerint a fénymolekulát egy úgynevezett Rydberg blokád effektus hozta létre, ami kimondja, hogy amikor egy atomot gerjesztenek a közelében elhelyezkedő atomok nem gerjeszthetők ugyanarra a szintre. Gyakorlatban a hatás azt jelenti, hogy amint két foton belép az atomfelhőbe, az első gerjeszt egy atomot, de előre kell haladnia, mielőtt a második foton gerjeszthetné a szomszédos atomokat. Az eredmény, hogy a két foton egymást húzza-vonja a felhőn át, mivel energiájuk atomról atomra vándorol. "Ennek hatására viselkedik a két foton molekulaként, és amikor kilépnek a közegből, sokkal nagyobb az esély hogy együtt teszik, mint különálló fotonokként" - tette hozzá Lukin.
Erős kölcsönös vonzású fotonok egy kvantum nem-lineáris közegben
A hatásnak máris lehetnek gyakorlati alkalmazásai, méghozzá a kvantuminformáció területén. Egy kvantumszámítógép megépítéséhez szükség van egy rendszerre, ami megőrzi a kvantuminformációt és feldolgozza kvantum logikai műveletek alkalmazásával. A kihívás abban rejlik, hogy a kvantum logikai műveletekhez szükség van egy kölcsönhatásra, hogy ezáltal a kvantumrendszerek átváltsanak az információ feldolgozáshoz. "Ezzel demonstráltuk, hogy lehetővé teszi a folyamat" - utalt Lukin az előző eszmefuttatásra. "Mielőtt alkalmazható, gyakorlati kvantum-kapcsolót, vagy fotonikus logikai kaput készítünk, fokoznunk kell a teljesítményt, vagyis még csak a koncepció bizonyításának szintjén állunk, ez azonban egy lényeges lépés. Itt a fizikai alapelvek a fontosak"
Lukin elképzelése szerint a rendszer egy napon akár összetett háromdimenziós szerkezetek kizárólag fényből történő megalkotását is lehetővé teheti. "Hogy ez mire is lesz jó a jövőben, még nem tudjuk pontosan, de eljutottunk egy új anyagállapotig, így reméljük új alkalmazások születhetnek, miközben tovább vizsgáljuk ezeknek a fotonikus molekuláknak a tulajdonságait" - összegzett.
A Harvard-MIT Ultrahideg Atomok Központjának kutatói szerint a molekulák az anyag egy soha nem látott formáját képviselik, ami eddig csak elméleti síkon létezett. Mikhail Lukin, a Harvard, illetve Vladan Vuletic, az MIT munkatársa a Nature legfrissebb számában számol be munkájukról.
"A fény ismert tulajdonságainak többsége abból a tényből ered, hogy a fotonok tömegtelenek és nem lépnek egymással kölcsönhatásba" - magyarázta Lukin. "Megalkottunk egy speciális közeget, amiben a fotonok olyan erős kölcsönhatásba lépnek egymással, hogy úgy kezdenek viselkedni, mintha tömeggel rendelkeznének és összekapcsolódva molekulákat alkotnak. Nem helytelen a fénykardokhoz való hasonlítás. Amikor ezek a fotonok kölcsönhatásba lépnek egymással, eltolják és eltérítik egymást. A molekulákban lejátszódó folyamat hasonló ahhoz, amit a filmekben látunk"A tömegtelen fotonok egymáshoz való kapcsolódásához a kutatók rubídium atomokat pumpáltak egy vákuum kamrába, majd lézerekkel közel az abszolút nulla fokra hűtötték az atomfelhőt. Ezt követően egészen gyenge lézer impulzusokkal különálló fotonokat juttattak a felhőbe. Meglepetésükre azt vették észre, hogy két bejuttatott különálló foton képes együtt, egy fotonikus, vagy fénymolekulaként kilépni a felhőből.
A kutatók szerint a fénymolekulát egy úgynevezett Rydberg blokád effektus hozta létre, ami kimondja, hogy amikor egy atomot gerjesztenek a közelében elhelyezkedő atomok nem gerjeszthetők ugyanarra a szintre. Gyakorlatban a hatás azt jelenti, hogy amint két foton belép az atomfelhőbe, az első gerjeszt egy atomot, de előre kell haladnia, mielőtt a második foton gerjeszthetné a szomszédos atomokat. Az eredmény, hogy a két foton egymást húzza-vonja a felhőn át, mivel energiájuk atomról atomra vándorol. "Ennek hatására viselkedik a két foton molekulaként, és amikor kilépnek a közegből, sokkal nagyobb az esély hogy együtt teszik, mint különálló fotonokként" - tette hozzá Lukin.
Erős kölcsönös vonzású fotonok egy kvantum nem-lineáris közegben
A hatásnak máris lehetnek gyakorlati alkalmazásai, méghozzá a kvantuminformáció területén. Egy kvantumszámítógép megépítéséhez szükség van egy rendszerre, ami megőrzi a kvantuminformációt és feldolgozza kvantum logikai műveletek alkalmazásával. A kihívás abban rejlik, hogy a kvantum logikai műveletekhez szükség van egy kölcsönhatásra, hogy ezáltal a kvantumrendszerek átváltsanak az információ feldolgozáshoz. "Ezzel demonstráltuk, hogy lehetővé teszi a folyamat" - utalt Lukin az előző eszmefuttatásra. "Mielőtt alkalmazható, gyakorlati kvantum-kapcsolót, vagy fotonikus logikai kaput készítünk, fokoznunk kell a teljesítményt, vagyis még csak a koncepció bizonyításának szintjén állunk, ez azonban egy lényeges lépés. Itt a fizikai alapelvek a fontosak"
Lukin elképzelése szerint a rendszer egy napon akár összetett háromdimenziós szerkezetek kizárólag fényből történő megalkotását is lehetővé teheti. "Hogy ez mire is lesz jó a jövőben, még nem tudjuk pontosan, de eljutottunk egy új anyagállapotig, így reméljük új alkalmazások születhetnek, miközben tovább vizsgáljuk ezeknek a fotonikus molekuláknak a tulajdonságait" - összegzett.