זו הצצה למדע בדיוני שנעשה עובדה: מדענים יצרו צורת אור חדשה שיכולה להיות בשימוש ביום אחד לבניית גבישים קלים. אך לפני שג'דיס היה מתחיל לדרוש את החבלים שלהם, ההתקדמות היא הרבה יותר סבירה שתוביל לדרכים חדשות ומסקרנות לתקשורת ומחשוב, כך מדווחים החוקרים השבוע ב- Science .
האור מורכב מפוטונים - חבילות אנרגיה מהירות וזעירות. בדרך כלל, פוטונים אינם מתקשרים זה עם זה, וזו הסיבה בעת השימוש בפנסים "אינך רואה את קרני האור מקפצות זו את זו, אתה רואה אותם עוברים זה את זה", מסביר סרחיו קאנטו, דוקטורט. מועמד לפיזיקה אטומית במכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס. עם זאת, בניסויים חדשים, הפיזיקאים שיטו פוטונים בודדים כדי להתחמם זה לזה ולהקשר, בדומה לאופן שבו אטומים בודדים דבקים זה בזה במולקולות.
ריקוד הפוטונים מתרחש במעבדה ב- MIT שם הפיזיקאים מבצעים ניסויים מלמעלה מהשולחן בעזרת לייזרים. קנטו, עמיתו אדיטה ונקרטרמני, דוקטורט. המועמד לפיזיקה אטומית באוניברסיטת הרווארד, ומשתפי הפעולה שלהם מתחילים ביצירת ענן של אטומי רובידיום צוננים. רובידיום הוא מתכת אלקלית ולכן נראה בדרך כלל כמו מוצק לבן-כסוף. אבל אידוי של רובידיום באמצעות לייזר ושמירתו על אולטרה-קולד יוצר ענן שהחוקרים מכילים בצינור קטן וממגנט. זה שומר על אטומי הרובידיום מפוזרים, נעים באטיות ובמצב נרגש מאוד.
ואז הצוות יורה לייזר חלש על הענן. הלייזר כל כך חלש שרק קומץ פוטונים נכנסים לענן, מסביר הודעה לעיתונות של MIT. הפיזיקאים מודדים את הפוטונים כשהם יוצאים מהצד השני של הענן, וזה כאשר הדברים מוזרים.
בדרך כלל הפוטונים היו נוסעים במהירות האור - או כמעט 300, 000 ק"מ בשנייה. אך תוך כדי מעבר בענן, הפוטונים זוחלים לאורך 100, 000 פעמים לאט יותר מהרגיל. כמו כן, במקום לצאת מהענן באופן אקראי, הפוטונים עוברים בזוגות או משולשים. זוגות ומשולשים אלה מפטירים גם חתימה אנרגטית שונה, מעבר פאזה, המספרת לחוקרים שהפוטונים עוברים אינטראקציה.
"בתחילה, זה לא היה ברור", אומר Venkatramani. הצוות ראה בעבר שני פוטונים מקיימים אינטראקציה, אך הם לא ידעו אם אפשר לשלוט. אחרי הכל, הוא מסביר, מולקולת מימן היא סידור יציב של שני אטומי מימן, אך שלושה אטומי מימן אינם יכולים להישאר יחד יותר ממיליון השנייה. "לא היינו בטוחים ששלושה פוטונים יהיו מולקולה יציבה או משהו שאנחנו אפילו יכולים לראות, " הוא אומר.
באופן מפתיע, החוקרים גילו כי קיבוץ שלוש הפוטונים יציב אפילו יותר משניים. "ככל שתוסיף יותר, כך הם קשורים חזק יותר", אומר Venkatramani.
אבל איך הפוטונים נפגשים? המודל התיאורטי של הפיזיקאים מציע שכאשר פוטון יחיד עובר בענן הרובידיום, הוא מקפיץ מאטום אחד למשנהו, "כמו דבורה המפליג בין פרחים", מסביר ההודעה לעיתונות. פוטון אחד יכול להיקשר בקצרה לאטום, ויוצר פוטון אטום היברידי או פולריטון. אם שניים מהקטריטים הללו נפגשים בענן, הם מתקשרים זה בזה. כשהם מגיעים לקצה הענן, האטומים נשארים מאחור והפוטונים שייטים קדימה, עדיין קשורים זה לזה. הוסף עוד פוטונים ותופעה זהה מולידה שלישייה.
"עכשיו כשאנחנו מבינים מה מוביל לכך שהאינטראקציות יהיו מושכות, אתה יכול לשאול: האם אתה יכול לגרום להם להדוף זה את זה במקום זאת?" אומר קנטו. ביסודו של דבר, משחק עם האינטראקציה עשוי לחשוף תובנות חדשות כיצד האנרגיה עובדת או מאיפה היא נובעת, הוא אומר.
לצורך ההתקדמות הטכנולוגית, פוטונים המחוברים זה לזה באופן זה יכולים לשאת מידע - איכות שמועילה למחשוב קוונטי. ומחשוב קוונטי יכול להוביל לקודים בלתי ניתנים לניתוק, שעונים מדויקים במיוחד, מחשבים חזקים להפליא ועוד. הדבר כל כך אטרקטיבי בקידוד מידע בפוטונים הוא שפוטונים יכולים לשאת את המידע שלהם על פני מרחקים מהר מאוד. פוטונים כבר מזרזים את התקשורת שלנו לאורך קווי סיבים אופטיים. פוטונים כבולים או מסתבכים יכלו להעביר מידע קוונטי מורכב כמעט באופן מיידי.
הצוות צופה שליטה ביחסי הגומלין האטרקטיביים והדוחים של פוטונים באופן מדויק כך שיוכלו לסדר פוטונים במבנים צפויים המחזיקים יחדיו כמו גבישים. חלק מהפוטונים היו דוחים זה את זה, מתרחקים זה מזה עד שהם מוצאים את המרחב שלהם, בעוד שאחרים אוחזים במערך הגדול יותר ושומרים על הפיזור של הדוחים. הסידור הדוגמי שלהם יהיה קריסטל קל. בקריסטל קל, "אם אתה יודע איפה פוטון אחד, אתה יודע איפה האחרים מאחוריו, במרווחים שווים, " אומר Venkatramani. "זה יכול להיות שימושי מאוד אם אתה רוצה לקיים תקשורת קוונטית בפרקי זמן קבועים."
העתיד שקריסטלים כאלה יכולים לאפשר עשוי להיראות ערפילי יותר מזה בו אנשים נלחמים עם פנסי אור, אך הוא יכול להחזיק בהתקדמות עוד יותר מרשימה ובלתי-חלומית.
הערת העורך: סיפור זה תוקן כך שישקף כי פוטונים, לא אטומים, נכנסים לענן הרובידיום והמהירות שלהם מאטה בזמן שהם עוברים.
