Фізики вперше змусили фотони взаємодіяти з парами атомів

Людство рухається на шляху до повсюдного використання технологій заснованих на квантовій фізиці.

Але, щоб досягти цього, спочатку необхідноопанувати змусити світло взаємодіяти з матерією або, говорячи точніше, фотони з атомами. Певною мірою такі технології відповідає передова область квантової електродинаміки резонатора (КЭД). Зараз вона вже використовується у квантових мережах та квантовій обробці інформації. Але чекає ще довгий шлях. Сучасні взаємодії світла та речовини обмежуються окремими атомами, що обмежує здатність людини вивчати їх у вигляді складних систем, задіяних у квантових технологіях.

У новій роботі дослідники використовувалиФермі-газ (або ідеальний газ Фермі - Дірака). Це газ, що складається з частинок, які відповідають статистиці Фермі - Дірака, тобто мають малу масу і високу концентрацію. Наприклад, електрони в металі. «За відсутності фотонів газ можна отримати в стані, коли атоми взаємодіють один з одним, утворюючи слабкозв'язаного пари - пояснює Жан-Філіп Брант зі Школи фундаментальних наук EPFL. - Коли світло потрапляє в газ, деякі з цих пар перетворюються в хімічно зв'язані молекули, поглинаючись фотонами ».

Ключовий концепцією нового ефекту є те,що він відбувається «когерентно». Це означає, що фотон поглинається, щоб перетворити пару атомів в молекулу, потім випускається назад і так кілька разів. «Це означає, що система пара-фотон утворює новий тип стану частинки, які ми називали" парними поляритон-поляритону "- пояснює вчений. - Це стало можливим системі, де фотони укладені в одному місці, де їм доводиться сильно взаємодіяти з атомами ».

Гібридні парні поляритони набувають деякі властивості фотонів. Це означає, що їх можна виміряти оптичними методами. Вони також набувають деякі властивості Фермі-газу, роблять висновок вчені.

«Деякі з дуже складних властивостей газуперетворюються в оптичні властивості, які можна виміряти прямим способом, навіть без порушення системи. В майбутньому технологія стане в нагоді в квантової хімії: вчені вперше продемонстрували, як деякі хімічні реакції можна когерентно зробити з використанням одиночних фотонів.

Читати далі

З'явився суперконденсатор розміром з порошинку: він в 3 тис. Разів менше аналогів

У тиранозавра рекса в зубах були нервові датчики для розпізнавання видобутку

Розкрито вікова загадка джерела космічних променів в Чумацькому Шляху