サイエンスフィクションの事実を垣間見ることができます。科学者たちは、いつかは光の結晶を作るために使用できる新しい形の光を作り出しました。 しかし、ジェダイが彼らのサーベルを要求し始める前に、進歩は通信とコンピューティングの興味深い新しい方法につながる可能性がはるかに高いと研究者は今週科学で報告しています。
光は光子で構成されています。光子は、高速で小さなエネルギーのパケットです。 通常、光子は互いに相互作用しないため、懐中電灯を使用する場合、「光線が互いに跳ね返るのを見るのではなく、光線が互いに透過するのを見る」と博士は説明しています。 マサチューセッツ工科大学の原子物理学の候補。 しかし、新しい実験では、物理学者は個々の原子を分子内で一緒にくっつける方法と同様に、個々の光子を互いに心地よくリンクするように同軸にした。
光子のダンスは、物理学者がレーザーを使用して卓上実験を行うMITの研究室で行われます。 Cantu、彼の同僚Aditya Venkatramani、博士号 ハーバード大学の原子物理学の候補者とその共同研究者は、冷やしたルビジウム原子の雲を作成することから始めます。 ルビジウムはアルカリ金属なので、通常は銀白色の固体のように見えます。 しかし、ルビジウムをレーザーで蒸発させて極低温に保つと、研究者が小さなチューブに入れて磁化する雲ができます。 これにより、ルビジウム原子が拡散し、ゆっくりと移動し、高度に励起された状態になります。
次に、チームは雲に弱いレーザーを発射します。 レーザーは非常に弱いため、ほんの一握りの光子が雲に入ります、とMITのプレスリリースは説明しています。 物理学者は、雲の反対側を出るときに光子を測定します。
通常、光子は光速で、または毎秒約300, 000キロメートルで移動します。 しかし、雲を通過する間、光子は通常よりも100, 000倍遅い速度で進みます。 また、ランダムに雲を出る代わりに、光子はペアまたはトリプレットで通過します。 これらのペアとトリプレットは、光子が相互作用していることを研究者に伝える、異なるエネルギー特性である位相シフトももたらします。
「当初、それははっきりしていませんでした」とVenkatramaniは言います。 チームは以前に2つの光子が相互作用するのを見ていましたが、トリプレットが可能かどうかは知りませんでした。 結局のところ、水素分子は2つの水素原子の安定した配置であるが、3つの水素原子は100万分の1秒以上一緒にいることはできないと彼は説明する。 「3つの光子が安定した分子であるか、私たちが見ることのできるものであるかはわかりませんでした」と彼は言います。
驚くべきことに、研究者たちは、3光子グループ化が2つよりもさらに安定していることを発見しました。 「追加すればするほど、より強くバインドされます」とVenkatramani氏は言います。
しかし、光子はどのように集まりますか？ 物理学者の理論モデルは、単一の光子がルビジウムの雲の中を移動するとき、「花の間を飛び回る蜂のように」、ある原子から別の原子に跳ぶことを示唆しています。 1つの光子が原子に短時間結合し、ハイブリッドの光子原子またはポラリトンを形成します。 これらのポラリトンのうち2つがクラウドで会うと、相互作用します。 それらが雲の端に達すると、原子は後ろにとどまり、光子は前に出て行きますが、まだ結合されています。 さらにフォトンを追加すると、同じ現象でトリプレットが発生します。
「相互作用が魅力的である原因を理解したところで、次の質問をすることができます。相互に反発させることができますか？」 Cantuは言います。 基本的に、相互作用を試すことで、エネルギーがどのように機能するのか、どこから来たのかについての新しい洞察を明らかにすることができると彼は言う。
技術の進歩のために、このように束ねられた光子は情報を運ぶことができます。これは量子コンピューティングに役立つ品質です。 また、量子コンピューティングは、解読不可能なコード、超高精度の時計、非常に強力なコンピューターなどにつながる可能性があります。 フォトンで情報をエンコードすることについて非常に魅力的なことは、フォトンが距離を超えて非常に迅速に情報を伝達できることです。 すでに光子は、光ファイバー回線に沿った通信を高速化します。 束縛またはもつれた光子は、複雑な量子情報をほぼ瞬時に送信できます。
チームは、光子の魅力的で反発的な相互作用を非常に正確に制御して、結晶のように結合する予測可能な構造に光子を配置できるようにすることを想定しています。 いくつかの光子は互いに反発し、自分の空間を見つけるまで押し離しますが、他の光子はより大きなフォーメーションを保持し、反発するものが散乱しないようにします。 それらのパターン化された配置は、光の結晶になります。 ライトクリスタルでは、「1つの光子がどこにあるかがわかれば、等間隔で他の光子がどこにあるかがわかります」とVenkatramaniは言います。 「これは、定期的に量子通信を行いたい場合に非常に便利です。」
そのような結晶が可能にした未来は、人々がライトセイバーと戦うものよりも漠然としているように見えるかもしれませんが、それでもさらに印象的で夢のような進歩を続けることができます。
編集者注：このストーリーは、原子ではなく光子がルビジウム雲に入り、通過中に速度が低下することを反映するように修正されました。
