Ученые из Кембриджского университета и Имперского колледжа Лондона смогли поместить фотоны в ловушку внутри крошечной золотой полости и заставить взаимодействовать их с веществом. Эта уникальная смесь света и материи, впервые достигнутая при комнатной температуре, поможет инженерам лучше развить чипы для передачи квантовой информации и манипуляции ею.
Когда происходит манипуляция материей для создания света, трением палочки или нагреванием вольфрамовой нити, фотоны, как правило, покидают свои координаты со скоростью света и никогда больше не возвращаются. Но если поместить фотоны в ловушку, то у них появляется «вынужденная работа», где они должны постоянно взаимодействовать с сопряженной материей. При помощи такого сотрудничества фотоны и материя могут очень прочно сцепиться, и в итоге находиться в состоянии постоянного обмена.
«Это очень странная развязка, в самом деле, ведь если сравнить молекулу и свет для такой системы, как чай и молоко, вы бы видели чай и молоко смешиваются, когда ты наливаешь молоко в чашку, но никто не ожидает, что чай и молоко со временем непрерывно будут смесью, которая постоянно перемешивается» — повествует профессор Ортвин Хесс, ведущий автор исследования: «В неидеальной паре, однако, это случается, свет и молекулы.»
Данный эффект был достигнут при помощи оборудования предусматривающего работу вблизи абсолютного нуля. Сейчас группа ученых, под руководством трех профессоров Ортвина Хесса, Джереми Баумберга и Орена Шермана, проводит исследование сильного взаимодействия в более дешевых и удобных условиях без излишне специфичного оборудования и с локализацией в пределах одной молекулы.
«Капкан для фотонов» изготовлен из тонкой золотой пленки, которая имеет схожие свойства, что и зеркало, на вершине полости находится cucurbit[n]uril молекула, имеющая форму пустой бочки. Молекула в данном случае действует как прокладка и контейнер для метиленового синего красителя, сохраняя их отдельно друг от друга и ориентируя в правильном направлении. В самом верху находятся наночастицы золота.Такая структура образует крошечные нановпадины между золотыми частицами и пленкой, они составляют примерно 40 кубических нанометров.
Профессора обратили внимание на небывалое соглашение теории и практики в данной разработке, несмотря на то, что объемы вмешательства очень трудны для точных подсчетов.
«Сильную связь можно понимать на различных уровнях – классической, квазиклассической и квантовой» — Хесс рассказывает о проведенной работе: «Пока в теории, как правило, стремятся объяснить природные явления, такие как сильные связующие «чистых» принципов, природа при комнатной температуре ведет себя как классическая система, а не выявляет квантовые свойства. Поэтому так замечательно, что конкретная система показывает такое поведение в присутствии всего лишнего «шума» при комнатной температуре».
Теперь группа планирует создание крошечных лазеров, которые будут работать на обнаруженном принципе «захвата фотонов». По подсчетам ученых, нанолазер будет более эффективным нежели используемые ранее оптические резонаторы.
Хесс также подчеркивает, что подобное открытие они планировали еще два года назад надеясь на создание нанолазера, который был бы более эффективным за счет предотвращения расслоения света и будет иметь волну света намного меньше, чем у обычного лазера. Такое устройство может быть использовано без необходимости транспортировки лазерного излучения через волокна, таким образом оно идеально подходит для создания полноценной рабочей модели квантового компьютера.
