Ученые создали экзотические квантовые состояния системы, состоящей из фотонов света - «Наука и технологии»

Известно, что крошечные частицы света, фотоны, имеют неделимую природу. Однако, множество таких частиц света, если они сконцентрированы особым образом и находятся в соответствующих условиях, могут объединиться в один огромный суперфотон, внутри которого становится невозможным различить отдельные фотоны. Ученые называют такое образование фотонным конденсатом Бозе-Эйнштейна, и впервые в истории науки такой конденсат из фотонов был получен в 2010 году группой профессора Мартина Вайца (Martin Weitz) из Института прикладной физики Боннского университета.

После получения суперфотонов члены группы профессора Вайца начали проводить эксперименты с фотонным конденсатом Бозе-Эйнштейна. В их экспериментальной установке луч лазерного света был "загнан" в промежуток между двумя зеркалами. В этот промежуток был помещен специальный пигмент, который "охладил" фотоны света до такой степени, что они начали объединяться в один суперфотон. "В своих экспериментах мы создали оптические емкости и каналы разной формы, по которым мог течь фотонный конденсат Бозе-Эйнштейна" - рассказывает профессор Вайц.

Затем исследователи прибегли к уловке, они добавили в состав "охлаждающего" пигмента полимерный материал, что сделало коэффициент преломления материала зависимым от температуры. Таким образом, изменяя температуру тончайшего нагревательного слоя, исследователи получили возможность изменять длину пути, который проходит свет с определенной длиной волны в промежутке между зеркалами.

"При помощи изменений температуры разных участков полимера мы получили различные виды оптических "впадин"" - объясняет профессор Вайц, - "Эти впадины деформировали геометрию зеркал и в оптической среде образовались ловушки с низким уровнем потерь, в которые "затекал" фотонный конденсат Бозе-Эйнштейна".

Исследователи сравнивают эти ловушки с двумя сообщающимися сосудами. Когда суперфотоны в обоих "сосудах" имели приблизительно одинаковый энергетический уровень, свет достаточно хорошо "перетекал" из одного сосуда в другой. При достаточной разнице в энергетике суперфотонов в этой квантовой системе возникали различные квантовые состояния света, в которых даже принимал участие эффект квантовой запутанности.

"Все это является еще одним видом реализации оптических квантовых цепей, которые можно будет использовать в областях квантовых вычислений и коммуникаций" - рассказывает профессор Вайц, - "Созданная нами система является универсальной, при ее помощи мы можем манипулировать квантовым состоянием в широких пределах, влияя на принципы взаимодействия фотонов с материей. И это все может быть использовано не только в квантовых технологиях, к примеру, на подобных принципах мы можем создать мощные лазеры, предназначенные для тонких сварочных работ, и многое другое".