Вчені зробили важливе відкриття в галузі квантової оптики

Дослідники з Університету Ростока розробили новий тип нелінійних фотонних схем, в яких інтенсивні промені світла можуть визначати свій власний шлях і, роблячи це, стають непроникними до зовнішніх збурень.

Це відкриття нещодавно було опубліковане у відомому журналі "Science", йдеться на сайті technology.org.

"Фотони – непокірна група. Як тільки комусь вдається зігнати їх до однієї конкретної точки в просторі та часі, вони знову розходяться у всіх напрямках", –пояснює професор Олександр Самейт, група якого проводила новаторські експерименти. 

Дійсно, багатовікові дослідження були присвячені формуванню потоку світла різними способами: лінзи та вигнуті дзеркала можуть щільно фокусувати промені сонця. Потужні лазери генерують когерентні пучки та короткі імпульси інтенсивного світла. А волоконно-оптичні кабелі доставляють приголомшливі обсяги оптично закодованих даних по всій світовій мережі. Проте світлові хвилі – це напрочуд делікатні сутності: невелика тріщина в лінзі, пил, що дрейфує крізь лазерний промінь, або перелом волокна можуть порушити складні механізми, які перетворюють світло на, мабуть, найбільш універсальний інструмент, коли-небудь використаний людством.

Електронні топологічні ізолятори – тверді речовини, які не проводять електроенергію всередині своєї основної маси, але в той же час ідеально провідні вздовж їх поверхні – були вперше експериментально реалізовані в 2007 році Лоренсом Моленкампам та його командою з університету Вюрцбурга. Їхні фотонні колеги довгий час захоплювали професора Самейта.

"З часу нашої першої реалізації топологічного ізолятора для світла ми намагалися виявити, як ці своєрідні системи можуть бути використані", – згадує фізик.

Хоча фотонні топологічні ізолятори можуть направляти світло уздовж точно визначених шляхів, а математична база, що лежить в основі їх конструкції, наділяє їх безпрецедентною мірою стійкості до недосконалостей або зовнішніх збурень, ці шукані властивості також представляють грізну перешкоду.

У тісній співпраці з теоретиками Ростокського університету, ICFO в Барселоні, Лісабонського університету та Московського науково-технічного інституту команда молодих дослідників знайшла спосіб, щоб замість цього світло вирішило, чи варто застосовувати топологічний захист чи поводитися як у звичайному середовищі.

Успішна міжнародна співпраця суттєво вдосконалила фундаментальну науку в галузі квантової оптики, зокрема дослідження фотонних топологічних ізоляторів.

Тим не менше, новітнє відкриття фізиків має великі перспективи для численних інноваційних застосувань, таких як топологічно захищена оптична обробка сигналів та самовдосконаленні фотонні нейронні мережі. З огляду на стрімкі темпи прогресу, ці ідеї, які сьогодні можуть здатися науковою фантастикою, незабаром можуть стати реальністю.

ЧИТАЙТЕ ТАКОЖ: 

• За розвиток теорії аукціонів: присудили Нобелівську премію з економіки
• Нобелівську премію з фізики вручили за чорні діри