Лазерный мир

Атомы, охлажденные до температур, близких к точке абсолютного нуля, являются предметом повышенного интереса со стороны ученых, так как в них проявляются такие физические процессы и явления, которые невозможно увидеть никаким другим способом. При охлаждении до таких низких температур группы атомов формируют новое состояние материи, известное как конденсат Бозе-Эйнштейна. В 2001 году первооткрыватели этого состояния материи даже удостоились Нобелевской премии в области физики.

К особенностям конденсата Бозе-Эйнштейна можно отнести то, что входящие в его состав атомы ведут себя совершенно по-иному, нежели в обычных условиях. Они перестают вести себя, как независимые частицы, все они имеют самое низкоэнергетическое состояние и все атомы взаимосвязаны друг с другом, из-за чего все облако конденсата ведет себя словно один атом огромной величины.

И для того, чтобы использовать конденсат Бозе-Эйнштейна в различных исследованиях и технологиях необходимо иметь возможность внешнего управления атомами и их квантовым состоянием, что обычно делается при помощи лучей света одного или нескольких лазеров. А недавно, исследователи из университета Стратклайда (University of Strathclyde) провели серию экспериментов, оказывая воздействие на конденсат Бозе-Эйнштейна «закрученными» лучами лазерного света, и получили массу интереснейших результатов.

Закрученные лучи лазерного света имею структуру, отличающуюся от структуры обычного луча. Их свет оставляет отпечаток, похожий на кольцо, а не на точку, более того, фронт импульса постоянно вращается, формируя волну, похожую на спираль. Оказалось, что такой закрученный свет способен не только толкать атомы в одном направлении, он также заставляет их вращаться вокруг оси луча, действуя подобно «оптическому гаечному ключу».

Поскольку атомы начинают вращаться, они начинают формировать более плотные «капельки», количество которых в два раза больше количества оборотов луча света. Изменяя параметры вращения лазерного света, ученые получили полный контроль над количеством капелек конденсата, скоростью и направлением их вращения. Создав некоторые особые условия, ученые добились того, что капельки стали стабильными, они не распадались долгое время, образовывая нечто вроде аналога тока из ультрахолодных атомов. Более того, использование света еще одного лазера заставило капельки конденсата двигаться в заданном направлении, формируя атомарный аналог луча лазерного света.

Такой способ использования закрученных и искривленных лучей лазерного света позволяет придавать облакам ультрахолодных атомов любые, даже самые причудливые формы. Одной из возможных областей применения всего этого является возможность создания «атомотронных» схем, эквивалентов традиционных схем, элементы которых, транзисторы и диоды, состоят из отдельных капелек конденсата Бозе-Эйнштейна.

А дальнейшее совершенствование изобретенных учеными методов управления ультрахолодными атомами позволит создавать сложнейшие атомотронные схемы любых масштабов, включая схемы, которые невозможно создать при помощи обычных электронных материалов, и даст возможность изменений характеристик этих схем буквально «на лету», прямо в процессе работы.

Все вышесказанное открывает перед учеными огромнейшие перспективы. Вполне возможно, что в будущем могут появиться квантовые компьютеры, схема которых будет формироваться из облака ультрахолодных атомов в момент их включения. Также на этих принципах могут быть созданы квантовые реконфигурируемые датчики, способные измерять самые слабые сигналы, к примеру, сигналы, генерируемые мозгом человека, что обеспечит появление новых типов интерфейсов между мозгом и компьютером, не требующих никаких вмешательств или использования громоздких и неудобных устройств типа шлемов.

Первоисточник: https://www.sciencealert.com/new-twisted-laser-beam-can-sculpt-ultracold-atoms-into-unusual-shapes

Перевод: https://dailytechinfo.org/infotech/11667-zakruchennye-luchi-lazernogo-sveta-pozvoljajut-lepit-ljubye-formy-iz-oblakov-sverhohlazhdennyh-atomov.html