Фотоны графа точно так же, как мы считаем людей, автомобили и другие объекты? То, что ранее только теоретизировалось, теперь возможно при помощи отдельных атомов мягко соответствовать частицам света, не разрушая их, сообщают физики.
Метод может также использоваться для создания новых государств света с определенным числом фотонов, которые могли быть благом для экспериментаторов, стремящихся эксплуатировать квантовую природу света новыми способами.«Это невероятно красиво, когда эксперименты идут», говорит Рой Глаубер, теоретический физик в Гарвардском университете. «Это – комбинация многих экспериментальных чудес».
Согласно квантовой теории, изящно колеблющиеся световые волны и другие электромагнитные поля состоят из эфемерных частиц, названных фотонами. Однако обнаружение фотонов в области обычно разрушает их. Например, устройство звонило, фототруба может ощутить отдельные фотоны, но это абсорбирует – и таким образом уничтожает – их в процессе.
Кроме того, потому что свет может вести себя как волна или частица, но не оба сразу, существенная зернистость света обычно остаются скрытыми. Учебники по физике часто говорят об электромагнитных полях, состоящих из точного числа фотонов, но это – упрощение. Через странность квантовой механики реальные области, произведенные проводами, катушками и лампочками одновременно, содержат нулевые фотоны, один фотон, два фотона, и т.д., так, чтобы стало невозможно сказать, сколько фотонов находится в реальной области.
Теперь, физики Кристин Гуерлин и Серж Харош из Ecole Normale Superieure в Париже и коллег нашли способ и посчитать фотоны, не разрушая их и генерировать государства света с определенным числом фотонов. Бригада начала путем подпрыгивания света – вместо видимого света, они используют свет более длинных микроволновых длин волны – между двумя зеркалами в точно настроенном вложении, названном оптической каверной для создания области, содержавшей, одновременно, каждое число фотонов в пределах от ноля к семь. Они тогда передали атомы рубидия через каверну по одному. Каждый атом был тщательно подготовлен так, чтобы один из его электронов вращался вокруг ядра в огромной круглой орбите.
Как далеко электрон, перемещенный, в то время как атом был в каверне, зависел от числа фотонов в области. Например, если бы было три фотона, то электрон сделал бы 3/8ths орбиты. Таким образом путем измерения атома после того, как это появилось из каверны, исследователи смогли определить число фотонов в области, не разрушая их, как они сообщают сегодня по своей природе.
Поскольку область не имеет определенного числа фотонов, первый атом через мог бы измериться пять и вторая мера три и т.д. Но исследователи также нашли способ подтолкнуть область к определенному числу фотонов. Каждый атом измеряет легкую область, и согласно квантовой механике, любое измерение должно также нарушить легкую область.
Путем настройки эксперимента просто право, исследователи смогли использовать ту обратную связь для уговоров области для разрушения в определенное «государство числа» с определенным общим количеством фотона – несмотря на то, что диктовка числа осталась вне их контроля. Такие государства были приближены другими методами, но новый метод позволяет исследователям делать чрезвычайно чистые государства числа и мог бы сделать еще более странные государства света – например, те, которые содержат только сеть магазинов данного числа фотонов.
Физики начали управлять такими странными государствами частично для развития новых квантовых информационных технологий.«Это – очень большое выполнение», говорит Герхард Ремпе, экспериментальный физик в Макс.
Планке Институте Квантовой Оптики в Гархинге, Германия. «Я вполне уверен, что существует много других захватывающих вещей, которые выйдут из эксперимента в будущем».