Ученым удалось остановить свет на одну минуту

Исследователям из университета Дармштадта (Германия) удалось остановить поток света на одну минуту. Свет, как наиболее быстрая материя известная во вселенной (скорость 300.000 км/с) был остановлен внутри кристалла. Таким образом, делается возможным создание, так называемой световой памяти, когда информация, переносимая светом, аккумулируется кристаллом. Помимо того, что само по себе подобное исследование будоражит воображение, оно, с весьма большим успехом, может стать подоплекой для создания квантовых сетей дальнего действия, и может быть, это исследование даст подсказки на то, как можно сделать скорость света больше значения, ограниченного вселенной.

Если обратиться к истории, то в 1999 году ученым удалось снизить скорость света до 17 м/с., а затем, два года спустя, та же группа исследователей полностью остановили свет, но всего лишь на несколько долей секунды. Ранее, в этом году, исследователям из института технологий Джорджии (США) удалось остановить свет на 16 секунд, и теперь, ученые из Дармштадта увеличили этот порог на минуту.

Для остановки света, ученые использовали так называемой техникой электромагнитно индуцированной прозрачности (EIT). Они использовали криогенно охлажденный полностью непрозрачный кристалл сплава силиката иттрия и празеодима. Управляемый луч лазера направляется в кристалл, и тем самым, создает сложную реакцию на квантовом уровне, делая кристалл полностью прозрачным. Второй источник света (источник данных/изображения) затем направляется на полностью прозрачный кристал. Затем, управляемый лазер выключается, возвращая кристаллу состояние полной непрозрачности. Это действие не только позволяют заключить свет, переносящий данные в ловушку кристалла, но и позволяют устранить его отражение за счет непрозрачности. Таким образом, свет остановлен.

Из за отсутствия свободы передвижения, энергия фотонов собирается атомами кристалла и данные, переносимые светом, преобразуются в атомные спины (не путать с человеческой спиной). Чтобы освободить свет из кристалла, проводят повторное включение управляемого лазера, делающего кристалл вновь прозрачным и атомные спины выпускаются на фотонах. Эти атомные спины могут сохранять когерентность (целостность данных) в течение минуты, после чего луч света пропадает. В сущности, создание подобных условий позволяет обеспечить хранение и получение данных из световой памяти.

На изображении сверху, Вы можете видеть, как ученые успешно сохранили простое изоображение (три горизонтальные линии) в кристалле на 60 секунд. Представляется возможным хранение данных в кристалле на более длительный период времени в случае использования других химических элементов, как например европий, легированный силикатом иттрия и с использованием специально созданных магнитных полей.

Световая память, обеспечивающая квантовую когерентность (такую как поляризация и квантовая запутанность) является жизненно важным моментом для создания квантовых сетей дальнего действия. Также, как и в случае с обычными электронными маршрутизаторами, квантовые маршрутизаторы должны быть способны сохранять входящие пакеты и затем, переправлять их — то что позволяет осуществить подобное открытие. Более того, существует несколько барьеров для преодоления, перед тем, как получится перейти на квантовый интернет- например, необходимо найти способ когерентно хранить свет, сопровождаемый настолько малым количеством шума, что одиночные фотоны могли бы надежно храниться/быть получены и все это необходимо сделать в условиях комнатной температуры. Криогеника, вполне применима в условиях какого-нибудь центра обработки данных, но весьма трудно представить криогенно охлажденный роутер дома 🙂