Sciencemag.cz
Doporučujeme
A jak to souvisí s kvantovými počítači.
Běžně známé víry vznikají, když se velmi rychle proudící vzduch, voda nebo jiná látka setká s oblastí s pomalejším prouděním. Vyznačují se kruhovým prouděním kolem nehybné osy. Vír překlenuje napětí mezi sousedními oblastmi s různou rychlostí proudění.
Dosud neznámý typ víru nyní objevili na Weizmann Institute.
Interakce mezi fotony je možná pouze za přítomnosti hmoty, která slouží jako prostředník. Ve svém experimentu vědci donutili fotony k interakci vytvořením jedinečného prostředí: skleněné buňky o průměru 10 cm, která byla zcela prázdná, až na atomy rubidia. Ty byly uprostřed nádoby tak hustě nabaleny, že vytvořily malý hustý oblak plynu o délce asi 1 milimetr.
Výzkumníci vypouštěli skrz tento oblak další a další fotony, zkoumali jejich stav po průchodu a zjišťovali, zda se navzájem nějak ovlivňují.
„Když fotony projdou hustým oblakem plynu, uvedou řadu atomů do excitovaných stavů známých jako Rydbergovy stavy,“ uvádí spoluautor práce Oler Firstenberg. „V těchto stavech se jeden z elektronů v atomu začne pohybovat po orbitě až tisíckrát širší než průměr neexcitovaného atomu. Tento elektron vytváří elektrické pole, které ovlivňuje obrovské množství sousedních atomů a mění je v jakousi pomyslnou ‚skleněnou kouli‘.“
Představa skleněné koule odráží skutečnost, že druhý foton přítomný v oblasti nemůže ignorovat prostředí, které vytvořil první foton, a v reakci na to mění svou rychlost – jako by procházel sklem.
Když tedy dva fotony projdou relativně blízko sebe, pohybují se jinou rychlostí, než kdyby každý z nich cestoval sám. A změní-li se rychlost fotonu, změní se i poloha vrcholů a údolí jeho vlny.
Vědcům z Weizmannova ústavu se již dříve podařilo v laboratoři vytvořit hustý, ultrachladný oblak plynu plný atomů. Díky tomu dosáhli něčeho nevídaného: fotonů, u nichž došlo k fázovému posunu o 180 stupňů – a někdy i více. Když byl oblak plynu nejhustší a fotony byly blízko sebe, působily na sebe nejsilněji. Jakmile se však fotony od sebe vzdálily nebo když hustota atomů v jejich okolí klesla, fázový posun zeslábl a zmizel.
Vědci původně předpokládali, že toto oslabení bude postupný proces, ale čekalo je překvapení: Když byly dva fotony od sebe v určité vzdálenosti, vznikla dvojice vírů. V každém z těchto vírů fotony dokončily fázový posun o 360 stupňů a v jejich středu nebyly téměř žádné fotony – stejně jako ve středové ose, kterou známe z jiných vírů.
Chcete-li pochopit fotonové víry, představte si, co se stane, když táhnete svisle držený talíř po vodě. Rychlý pohyb vody tlačené talířem se setkává s pomalejším pohybem kolem něj. Vznikají tak dva víry, které se při pohledu shora zdají pohybovat společně po vodní hladině, ale ve skutečnosti jsou součástí trojrozměrné konfigurace známé jako vírový prstenec. Ponořená část talíře vytváří polovinu prstence, který spojuje dva víry viditelné na hladině a nutí je pohybovat se společně.
V posledních fázích studie vědci tento jev pozorovali, když zavedli třetí foton, který dodal zjištěním další rozměr. Zjistili, že dva víry pozorované při měření dvou fotonů jsou součástí trojrozměrného vírového prstence, který vzniká vzájemným působením tří fotonů. Tato zjištění ukazují, jak moc se nově objevené víry podobají vírům známým z jiných prostředí.
Fotony ve vírech by mohly fungovat jako qubity kvantových počítačů – s určitými speciálními vlastnostmi.
Lee Drori et al, Quantum vortices of strongly interacting photons, Science (2023). DOI: 10.1126/science.adh5315
Zdroj: Weizmann Institute of Science / Phys.org, přeloženo / zkráceno
Poznámka PH: Srozumitelností pro laika toto bohužel zrovna nevyniká…
Credit: Weizmann Institute of Science
