Ученым из Массачусетского технологического института во главе с гарвардским профессором физики Михаилом Лукиным удалось заставить пучок фотонов образовать молекулу. Такое состояние вещества до сегодняшнего дня существовало лишь в теории.

источник: cdn.physorg.com

Открытие противоречит современным знаниям о том, что из себя представляет свет, рассказал профессор Лукин научному журналу Nature, который цитирует Phys.org. Согласно существующим представлениям, фотоны – это лишенные массы частицы, которые не взаимодействуют друг с другом. Скрестите два лазерных луча, и они пройдут сквозь друг друга. Открытые учеными «фотонные молекулы», однако, ведут себя не так, как лазерные лучи. Их поведение больше напоминает описанные в научной фантастике световые мечи.

«Когда фотоны взаимодействуют друг с другом, они отталкивают друг друга и меняют направление. Физика того, что происходит с этими молекулами, схожа с тем, что мы видели в кино», — добавляет Лукин.

Для создания «фотонной молекулы» физики закачали в вакуумную камеру атомы рубидия, затем использовали лазеры, чтобы охладить облако атомов почти до абсолютного нуля. Используя очень слабые лазерные импульсы, они выстрелили в облако атомов одиночными фотонами.

Когда фотоны вошли в облако холодных атомов, их энергия возбудила атомы на пути их следования. Последние сильно замедлили продвижение фотонов. Энергия фотонов передавалась от атома к атома, когда частицы света были в облаке, но когда они покинули его, то их состояние изменилось – два фотона образовали молекулу. Это произошло благодаря эффекту, получившему название «блокада Ридберга». Его суть состоит в том, что когда атом возбужден, другие атомы вокруг него не могут быть возбуждены в той же степени. Когда два фотона входят в облако атомов, первый из них должен следовать дальше до того, как второй атом начнет возбуждать ближайшие атомы. Таким образом два фотона подталкивают друг друга к выходу из облака. В облаке фотоны взаимодействуют друг с другом опосредованно, через взаимодействие атомов. Когда они выходят из облака, то более вероятно, что два фотона будут вести себя как единая молекула.

Это открытие является важной вехой на пути строительства квантового компьютера, где основной загвоздкой до этого момента являлось представление о том, что фотоны не взаимодействуют друг с другом. Открытие может также помочь производителям традиционных компьютеров, где целый ряд компаний, включая IBM, работает над системами, основанными на оптических маршрутизаторах, которые преобразуют световые сигналы в электрические.