Фотоните са сред най-често срещаните, но и най-самотните единици в квантовия свят – те са навсякъде около нас, но никога не взаимодействат един с друг. Учени от Масачузетския технологичен институт и Харвард успяха да наблюдават група от три фотона, които взаимодействат и се „прилепват” един към друг, създавайки нова форма на светлина.
Проведеното изследване е напълно експериментално засега, но може да даде тласък на учените да започнат по-широки изследвания върху преплитането на фотони. Резултатите от тези експерименти могат да се окажат ключови в развитието на квантовите компютри.
„Да се постигне взаимодействие между отделни фотони е огромна мечта от десетилетия” – казва ръководителят на екипа и професор в Масачузетския технически университет Владан Вулетич, цитиран от MIT News.
Свързването на фотоните може да се онагледи със свързването на определени елементи, като кислородните атоми в групи по два, което създава кислород (О2), или по три, което създава озон (О3).
По принцип фотоните просто преминават един през друг, без това да води до никаква реакция, тъй като те нямат нито маса, нито заряд. Въпреки това фотоните могат да бъдат високо-енергийни под формата на рентгенови или гама лъчи.
За да получат състояние, при което фотоните се групират, изследователите пуснали слаб лазерен лъч през плътен облак от рубидиеви атоми, охладени малко над абсолютната нула. Вместо да излязат един по един от създаденото поле (както учените очаквали), фотоните се свързали в чифтове или тройки, преплитайки се.
В резултат на това било установено и друго: обикновено безплътните фотони придобили някаква маса, макар и едва частица от масата на един електрон. Тези своеобразни фотонни „молекули” са и по-тромави, в сравнение с фотоните в обичайно състояние.
Как се случва това? Когато преминават през охладените рубидиеви атоми, фотоните отдават част от своята енергия. Заради явление, известно като „Блокада на Ридберг”, по-спокойните атоми, заедно с фотон образуват хибрид, наречен „поларитон”. Поларитоните карат другите фотони, които преминават между тях, да взаимодействат едни с други по начин, по който фотоните в обичайно състояние не взаимодействат.
Някои фотони останали „слепени”, дори след като напуснали експерименталния „облак”. Цялото явление протича в рамките на милионни части от секундата, от входа до изхода на частиците.
Това не е първият път, в който учените успяват да „слепят” фотони заедно, коментираха от Софтуерния университет. Учените, провели настоящия експеримент, участваха и в предходния, проведен през 2013 година, когато успяха да „слепят” два фотона заедно. Сега обаче учените за първи път успяват да накарат три фотона да си взаимодействат.
Резултатите от проведения експеримент са интересни не само за физиката, изследваща частиците, но могат да прокарат и пътя за нов тип квантови компютри, чиито кубитови процесори използват слепените фотони за пренос на информация при изключително големи разстояния. Това откритие би могло да доведе до по-издръжливи и мощни системи.