Физики из Боннского университета разработали метод манипулирования конденсатами Бозе-Эйнштейна света путем структурирования отражающих поверхностей их контейнера, что приводит к получению суперфотонов, способных сохранять единое состояние в нескольких квантовых пространствах.
Этот прорыв открывает новые возможности для создания защищенных квантовых коммуникаций путем использования свойств квантовой запутанности света, открывая путь для защищенных от прослушивания обсуждений и транзакций между несколькими сторонами.
Конденсат света Бозе-Эйнштейна
Когда многочисленные частицы света охлаждаются до очень низкой температуры и одновременно заключаются в компактное пространство, они внезапно становятся неотличимы друг от друга и ведут себя как один суперфотон . Физики называют это конденсатом Бозе-Эйнштейна, и обычно это напоминает размытое пятнышко света. «Однако теперь нам удалось запечатлеть простую решетчатую структуру на конденсате», — говорит Андреас Редманн из Института прикладной физики (IAP) Боннского университета.
Исследователи из IAP создают суперфотоны, заполняя крошечный контейнер раствором красителя. Боковые стенки контейнера являются отражающими. Если молекулы красителя возбуждаются лазером, они производят фотоны, которые отскакивают вперед и назад между отражающими поверхностями. Эти частицы света изначально относительно теплые. Однако они многократно сталкиваются с молекулами красителя, перемещаясь между отражающими поверхностями, и охлаждаются, пока, наконец, не конденсируются, образуя суперфотон.
Исследователи из IAP создают суперфотоны, заполняя крошечный контейнер раствором красителя. Боковые стенки контейнера являются отражающими. Если молекулы красителя возбуждаются лазером, они производят фотоны, которые отскакивают вперед и назад между отражающими поверхностями. Эти частицы света изначально относительно теплые. Однако они многократно сталкиваются с молекулами красителя, перемещаясь между отражающими поверхностями, и охлаждаются, пока, наконец, не конденсируются, образуя суперфотон.
Структурное влияние отражающих поверхностей
«Обычно отражающие поверхности идеально гладкие», — объясняет Редманн. «Мы решили намеренно добавить в них небольшие углубления, которые, образно говоря, дают больше места для сбора света». Это эффективно отпечатывает структуру на конденсате — почти как если бы вы вдавливали форму одной закрытой стороной вниз в песочницу: если вы снова поднимете ее, вы все еще сможете увидеть отпечаток формы на песке.
«Таким образом, нам удалось создать четыре области, где конденсат предпочитает оставаться», — говорит Редманн. Это как если бы вы разделили миску с водой между четырьмя чашками, расположенными в квадратной форме. Однако, в отличие от воды, суперфотон не обязательно разделится на четыре меньшие порции. Если чашки расположены достаточно близко друг к другу, так что частицы света могут квантово-механически проходить туда и обратно между ними, он остается как один единый конденсат.
Потенциал квантовой коммуникации
Это свойство можно использовать, например, для создания так называемой квантовой запутанности. Если свет в одной чашке изменит свое состояние, это также повлияет на свет в других чашках. Эта квантовая физическая корреляция между фотонами является основным требованием для того, чтобы сделать обмен информацией — например, обсуждения или секретные транзакции — между несколькими участниками защищенными от прослушивания.
«Намеренно изменяя форму отражающих поверхностей, теоретически возможно создавать конденсаты Бозе-Эйнштейна, которые разделены между 20, 30 или даже большим количеством узлов решетки», — объясняет Редманн. «Это позволило бы нам сделать общение между множеством участников дискуссии защищенным от прослушивания. Наше исследование впервые показало, как определенные модели излучения могут быть намеренно созданы для использования в конкретном приложении. Это делает метод чрезвычайно интересным для множества различных технологических разработок».
Источник: scitechdaily | Теги: суперфотон, сети связи, свет, квантовая запутанность