Znanstvenici s Harvarda i MIT-a nedavno su izazvali konvencionalno znanje o prirodi svjetlosti, a za to \u010dak nisu trebali oti\u0107i u daleku, daleku galaksiju.<\/p>\n
Sura\u0111uju\u0107i s kolegama iz Centra za ultrahladne atome Massachusettskog instituta za tehnologiju (MIT), grupa znanstvenika koju su vodili Mikhail Lukin, profesor fizike na Harvardu te Vladan Vuletic, profesor fizike na MIT-u, uspjeli su navesti fotone da se spoje i pretvore u molekule, odnosno u oblik materije koji je dosad bio mogu\u0107 samo u teoriji. Njihov rad objavljen je prije nekoliko dana u \u010dasopisu Nature<\/i>.<\/p>\n
Lukin je rekao kako je ovo otkri\u0107e suprotno desetlje\u0107ima prihva\u0107enog znanja o prirodi svjetlosti. Fotoni su dugo vremena bili opisivani kao \u010destice bez mase koje nisu u interakciji jedne s drugima. Uperite dvije laserske zrake jednu u drugu, rekao je, i one \u0107e jednostavno pro\u0107i\u00a0 jedna kroz drugu. No \u201efotonske molekule\u201c se ne pona\u0161aju na isti na\u010din kao i laserske zrake, ve\u0107 prije kao ne\u0161to \u0161to se mo\u017ee na\u0107i u znanstvenoj fantastici, to\u010dnije svjetlosni ma\u010devi.<\/p>\n
\u201eVe\u0107ina svojstava svjetlosti koje znamo dolaze iz pretpostavke da su fotoni bez mase i da ne djeluju jedni na druge\u201c, rekao je Lukin. \u201eOno \u0161to smo mi napravili jest da smo stvorili posebnu vrstu medija u kojem su fotoni bili u tako sna\u017enoj interakciji da se po\u010delo \u010diniti kao da imaju masu, te su se po\u010deli povezivati u oblike molekula.\u201c Lukin dodaje kako je o ovakvom stanju fotonskih veza ve\u0107 neko vrijeme bilo raspravljano u teoriji, no to dosad nije bilo vi\u0111eno, te ka\u017ee kako se ovo veoma prikladno mo\u017ee usporediti sa svjetlosnim ma\u010devima. \u201eKad ovi fotoni djeluju jedni na druge, oni se sudaraju i odbijaju jedni od drugih. Fizika toga \u0161to se doga\u0111a u tim molekulama veoma je sli\u010dna onome \u0161to mo\u017eemo vidjeti u filmovima.\u201c<\/p>\n
Kako bi fotone koji su ina\u010de bez mase potaknuli na povezivanje jednih s drugima, Lukin i kolege iz njegovog tima u ovom se eksperimentu jednostavno nisu mogli osloniti na silu, ve\u0107 su umjesto toga morali stvoriti ekstremne uvjete potrebne da se to dogodi. Znanstvenici su po\u010deli eksperiment tako \u0161to su najprije ubacivali atome rubidija u zrakopraznu komoru, nakon \u010dega su koristili lasere kako bi ohladili oblak atoma na samo nekoliko stupnjeva iznad apsolutne nule. Zatim su koriste\u0107i iznimno slabi laserski puls ubacivali jedan po jedan foton u taj oblak atoma.<\/p>\n
Kako je objasnio Lukin, u trenutku kada foton u\u0111e u oblak hladnih atoma, njegova energija na tom putu toliko pobudi atome da to rezultira dramati\u010dnim usporavanjem fotona. Kako se foton kre\u0107e kroz oblak atoma, ta njegova energija prelazi s jednog atoma na drugi, te na kraju izlazi iz oblaka zajedno s fotonom. \u201eU trenutku kad foton iza\u0111e iz medija, njegov identitet je sa\u010duvan\u201c, rekao je Lukin. \u201eOvaj efekt jednak je onome kad promatramo lom svjetlosti u \u010da\u0161i vode. Svjetlost ulazi u vodu, daje mediju dio svoje energije i unutar medija postoji kao svjetlost i materija zajedno, ali kad izlazi, jo\u0161 uvijek je svjetlost. Na\u0161 proces je zapravo isti, iako malo ekstremniji. To\u010dnije, svjetlost je dramati\u010dno usporena, a otpu\u0161teno je znatno vi\u0161e energije nego \u0161to je slu\u010daj kod refrakcije svjetlosti u \u010da\u0161i vode.\u201c<\/p>\n
Kad su Lukin i njegovi kolege ubacili dva fotona u oblak atoma iznenadili su se kad su vidjeli da su atomi iz oblaka iza\u0161li zajedno, tvore\u0107i jednu molekulu. Razlog zbog kojeg su fotoni stvorili dosad nevi\u0111ene molekule je efekt nazvan Rydbergova blokada, koji, kako obja\u0161njava Lukin, govori da u trenutku kad je jedan atom pobu\u0111en susjedni atomi ne mogu biti pobu\u0111eni u istom stupnju. U praksi ovaj efekt zna\u010di da, kad dva fotona u\u0111u u oblak atoma prvi pobudi neki atom, ali se mora pomaknuti naprijed prije nego drugi foton mo\u017ee pobuditi susjedne atome. Rezultat je, kako ka\u017ee, guranje i odbijanje dva fotona kroz oblak dok njihova energija prelazi s jednog atoma na sljede\u0107i.<\/p>\n
\u201eOvo je interakcija fotona koja je povezana s interakcijom atoma\u201c, rekao je Lukin, te dodao: \u201eTo tjera ta dva fotona da se pona\u0161aju kao molekula, a kad iza\u0111u iz medija vjerojatnije je da \u0107e to napraviti skupa nego samostalno kao jedan foton.\u201c<\/p>\n
Ovaj efekt prili\u010dno je neuobi\u010dajen, no ima neke prakti\u010dne implikacije. \u201eRadimo ovo zato \u0161to je zabavno i zato \u0161to pomi\u010demo granice znanosti\u201c, govori Lukin i dodaje kako ovo otkri\u0107e ipak ima velike prakti\u010dne implikacije jer su fotoni i dalje najbolji mogu\u0107i na\u010din za prijenos kvantnih informacija, a jedini nedostatak dosad bio je taj \u0161to se smatralo da fotoni ne mogu biti u me\u0111usobnoj interakciji.<\/p>\n
Kako bi napravili kvantni kompjuter, objasnio je, znanstvenici moraju svoriti sustav koji bi mogao zadr\u017eati kvantne informacije te ih procesirati koriste\u0107i kvantne logi\u010dke operacije. Me\u0111utim, izazov u tome je to \u0161to kvantna logika zahtijeva interakcije izme\u0111u individualnih \u010destica kako bi kvantni sustavi mogli biti preba\u010deni na procesiranje informacija.<\/p>\n
\u201eOno \u0161to mi demonstriramo svojim procesom dopu\u0161ta nam da se to ostvari\u201c, govori Lukin. \u201ePrije nego \u0161to napravimo koristan, prakti\u010dan kvantni prekida\u010d ili fotonska logi\u010dka vrata moramo pobolj\u0161ati izvedbu, tako da je ovo jo\u0161 uvijek na po\u010detnoj razini, no i to je va\u017ean korak. Fizi\u010dki principi koje smo s ovime ustanovili veoma su va\u017eni.\u201c Ovakav sustav mogao bi \u010dak biti koristan i u klasi\u010dnom ra\u010dunanju, objasnio je, budu\u0107i da se proizvo\u0111a\u010di \u010dipova sada suo\u010davaju s rasipanjem energije. Brojne kompanije, uklju\u010duju\u0107i i IBM, rade na razvoju sustava koji se oslanjaju na opti\u010dke routere koji pretvaraju svjetlosne signale u elektri\u010dne, no \u010dak i ti sustavi imaju odre\u0111ene prepreke.<\/p>\n
Lukin je tako\u0111er predlo\u017eio kako bi njihov sustav jednog dana mogao biti iskori\u0161ten u stvaranju slo\u017eenih trodimenzionalnih struktura kao \u0161to su kristali u potpunosti iz svjetlosti. \u201eNe znamo jo\u0161 za \u0161to bi sve ovo na\u0161e otkri\u0107e moglo biti korisno, pa se zbog toga nadamo da bi se nove aplikacije mogle pojaviti ve\u0107 tijekom na\u0161eg nastavljanja prou\u010davanja svojstava tih fotonskih molekula\u201c, rekao je.<\/p>\n