Naukowcy tworzą jednowymiarowy gaz z cząstek światła, badając nietypowe stany kwantowe.

WarsawNaukowcy z Uniwersytetu w Bonn oraz Uniwersytetu Kaiserslautern-Landau (RPTU) zdołali stworzyć jednowymiarowy gaz przy użyciu cząstek światła. To przełomowe odkrycie pozwoliło im po raz pierwszy zweryfikować teoretyczne koncepcje dotyczące formowania się tego stanu materii. Ich wyniki zostały opublikowane w czasopiśmie „Nature Physics”.

Badacze zebrali fotony na małym obszarze i jednocześnie je schłodzili. Zastosowali zaawansowaną metodę strukturyzacji, aby uwięzić fotony w mikroskopijnych strukturach. Te polimery ograniczają ruch fotonów do jednego kierunku.

Kluczowe elementy eksperymentu obejmują: zamykanie fotonów w mikroskopijnych pojemnikach wypełnionych roztworem barwnika, użycie lasera do wzbudzenia roztworu, co sprawia, że fotony odbijają się między refleksyjnymi ścianami, oraz stosowanie przezroczystych struktur polimerowych na powierzchniach odbijających w celu stworzenia pułapek dla fotonów.

Schładzanie gazu fotonowego może prowadzić do kondensacji, jednak w gazie jednowymiarowym proces ten staje się mniej jednoznaczny z powodu fluktuacji termicznych. W rezultacie takie układy zachowują się inaczej niż ich dwuwymiarowe odpowiedniki. Choć przemiany fazowe są mniej wyraziste w systemach jednowymiarowych, nadal podlegają wpływowi fizyki kwantowej.

Zobacz również:

Dzisiaj · 13:15

Nowe kwantowe podejście zwiększa efektywność systemów TPV, przekształcając ciepło w energię elektryczną

To badanie jest niezwykle istotne dla optyki kwantowej. Analizowanie, jak zmieniają się wymiary, może prowadzić do nowych zastosowań. Przykładowo, takie podejście może pomóc w tworzeniu lepszych czujników kwantowych lub ulepszeniu elementów komputerów kwantowych.

Możliwość precyzyjnej kontroli wymiarów gazu fotonowego otwiera nowe kierunki badań:

• Lepsza kontrola nad punktami przejścia fazowego w systemach kwantowych.
• Nowe metody manipulacji światłem w zamkniętych środowiskach.
• Potencjalne zastosowania w przetwarzaniu informacji kwantowej.
• Zaaawansowane badania nad zdegenerowanymi gazami kwantowymi.

Fluktuacje termiczne wpływają na jedno-wymiarowe gazy fotonowe, powodując zmiany w ich zachowaniu w różnych obszarach. Te fluktuacje sprawiają, że przejście fazowe staje się mniej precyzyjne. Poprzez zrozumienie i redukcję tych fluktuacji możemy stabilizować systemy kwantowe i uczynić je bardziej niezawodnymi.

W miarę jak naukowcy coraz lepiej opanowują kontrolę nad tymi systemami jednowymiarowymi, możemy się spodziewać dalszego postępu w przyszłości. Choć badania te mają jeszcze charakter podstawowy, mogą doprowadzić do powstania nowych technologii kwantowych. W badaniach tych uczestniczyły Europejska Rada ds. Badań Naukowych (ERC) oraz Niemiecka Fundacja Badawcza (DFG).