Sciencemag.cz
Doporučujeme
Tedy přesněji řečeno tvarovat Boseho–Einsteinův kondenzát.
Tisíce světelných částic se mohou za určitých podmínek spojit do typu „superfotonů“. Vědci z Institutu aplikované fyziky (IAP) Bonnské univerzity nyní dokázali pomocí „nanoforem“ ovlivnit strukturu tohoto Boseho-Einsteinova (BEC) kondenzátu. To jim umožnilo vytvarovat světelnou skvrnu do jednoduché mřížkové struktury sestávající ze čtyř světelných bodů uspořádaných do čtverce.
Takové struktury by se v budoucnu mohly potenciálně využít k tomu, aby výměna informací mezi více účastníky byla odolná proti odposlechu. Výsledky byly publikovány ve Physical Review Letters.
Když je velké množství světelných částic ochlazeno na velmi nízkou teplotu a současně uzavřeno v kompaktním prostoru, stanou se nerozlišitelnými a chovají se jako jediný „superfoton“. Tento tzv. Boseho-Einsteinův kondenzát za normálních okolností připomíná rozmazanou světelnou skvrnu. Nyní se však vědcům podařilo vtisknout kondenzátu jednoduchou mřížkovou strukturu.
Vědci z IAP vytvářejí superfotony tak, že naplní malou nádobu roztokem barviva. Boční stěny nádoby jsou reflexní. Pokud jsou molekuly barviva excitovány laserem, produkují fotony, které se odrážejí mezi reflexními povrchy tam a zpět. Tyto světelné částice začínají jako relativně teplé, při pohybu mezi odraznými plochami se však opakovaně srážejí s molekulami barviva a ochlazují se, až nakonec zkondenzují a vytvoří superfoton/BEC.
Podobu kondenzátu ovlivňují nerovnosti na odrazných plochách.
„Reflexní povrchy jsou obvykle dokonale hladké,“ uvádí spoluautor studie Andreas Redmann. „Rozhodli jsme se na ně záměrně přidat malé prohlubně, které obrazně řečeno poskytují více prostoru pro shromažďování světla v nich.“ Tím se kondenzátu účinně vtiskne struktura – téměř jako při zatlačení formy do písku: když se forma znovu zvedne, stále je v písku vidět její otisk.
Tímto způsobem se podařilo vytvořit čtyři oblasti, kde kondenzát zůstává „nejraději“. Podle průvodní tiskové zprávy je to jako rozlít misku s vodou mezi čtyři šálky uspořádané do čtverce. Na rozdíl od vody se však superfoton nemusí nutně na čtyři menší části zcela rozdělit. Pokud jsou šálky umístěny dostatečně blízko u sebe, aby mezi nimi mohly světelné částice kvantově mechanicky procházet tam a zpět, zůstane jako jediný kondenzát (Poznámka PH: když už jsme u těch analogií, tak ono by i vodu šlo takto uspořádat, s dotekem tedy).
Této vlastnosti by se dalo využít například k vytvoření kvantového provázání. Pokud světlo v jedné ze 4 oblastí změní svůj stav, ovlivní to i světlo v ostatních. Odtud pak výše uvedená možná aplikace v kvantové komunikaci. (Poznámka PH: Tady tomu tedy nerozumím. Provázané fotony se přece dají vytvářet i mnoha dalšími způsoby, v čem je toto tak jedinečné?)
Záměrnou změnou tvaru odrazných ploch je teoreticky možné vytvořit Boseho-Einsteinovy kondenzáty, které jsou rozděleny mezi 20, 30 nebo i více míst na mřížce.
Andreas Redmann et al, Bose-Einstein Condensation of Photons in a Four-Site Quantum Ring, Physical Review Letters (2024). DOI: 10.1103/PhysRevLett.133.093602. On arXiv: DOI: 10.48550/arxiv.2312.14741
Zdroj: University of Bonn / Phys.org, přeloženo / zkráceno
