Лазерный мир

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.

Light stopped completely for a minute inside a crystal: The basis of quantum memory

Scientists at the University of Darmstadt in Germany have stopped light for one minute. For one whole minute, light, which is usually the fastest thing in the known universe and travels at 300 million meters per second, was stopped dead still inside a crystal. This effectively creates light memory, where the image being carried by the light is stored in crystals. Beyond being utterly cool, this breakthrough could lead to the creation of long-range quantum networks — and perhaps, tantalizingly, this research might also give us some clues on accelerating light beyond the universal speed limit.

http://www.extremetech.com/extreme/162289-light-stopped-completely-for-a-minute-inside-a-crystal-the-basis-of-quantum-memory

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 воспользовались 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 🙂

Источник: https://habr.com/post/188020/