В експериментах зі світлом фізики вперше спостерігали зворотний квантовий потік
Польські фізики наклали один на одного два промені світла, скручені за годинниковою стрілкою, для того, щоб у темних регіонах суперпозиції, що вийшла, виникла скрученість проти годинникової стрілки. Це відкриття стало ще одним кроком у дослідженні взаємодії світла та речовини та в описі дивного феномена квантового зворотного потоку. Він спостерігався під час експериментів уперше. Це як кинути тенісний м'яч уперед і побачити, що він летить у зворотний бік, пояснюють це дивне квантове явище фізики.
«Уявіть, що ви кинули тенісний м'яч. Він починає рухатися вперед із позитивним імпульсом. Якщо м'яч не стикається з перешкодою, навряд чи ви очікуєте, що він раптово змінить напрямок руху і повернеться до вас як бумеранг, — сказала Бхонішика Гхош, одна з учасників проекту. — А якщо ви закручуєте м'яч за годинниковою стрілкою, ви теж очікуєте, що він продовжуватиме крутитися в тому ж напрямку».
Однак все стає складніше, коли замість м'яча у нас квантові частинки. У класичній механіці об'єкт має відоме положення, а в квантовій механіці та оптиці частка може опинитися в двох і більше положеннях одноразово. Таким чином, завдяки суперпозиції квантові частинки можуть робити те, на що не здатний тенісний м'яч. Наприклад, рухатися у зворотний бік або крутитися у зворотному напрямку. У квантовій фізиці цей феномен називають зворотним потоком.
Досі зворотний потік у квантових системах ніхто не спостерігав. Є теоретичні дослідження відносин між зворотним потоком у квантовій механіці та аномальною поведінкою оптичних хвиль у приватному масштабі, а також цей феномен був продемонстрований в одному вимірі за допомогою простої інтерференції двох променів. Фізики з Варшавського університету показали ефект зворотного потоку у двох вимірах, повідомляє EurekAlert.
Вчені наклали один на одного два промені світла, скручені за годинниковою стрілкою, і спостерігали скручування в напрямку проти годинникової стрілки. Для спостережень використовували датчик хвильового фронту Шака — Хартмана. Система, що складається з масиву мікроскопічних лінз, що знаходяться перед датчиком КМОП, мала досить високу чутливість проведення вимірювань у двох вимірах.
«Ми вивчили суперпозицію двох променів, що несуть лише негативний орбітальний кутовий момент, і спостерігали у темному регіоні інтерференційної картини позитивний локальний орбітальний кутовий момент, – пояснив Бернард Гошковський, один із учасників проекту. - Це і є азимутальний зворотний потік».
Як підкреслюють автори статті, їхній експеримент можна інтерпретувати як суперосцилляцію у фазі. Цей феномен відноситься до ситуації, коли локальні коливання суперпозиції швидше ніж найшвидший компонент Фур'є. Зв'язок між квантовим зворотним потоком та суперосциляцією був вперше описаний вченими у 2010 році. З практичної точки зору зворотний потік як прояв швидкої зміни фази може бути використаний при взаємодії світла і речовини, таких приладах, як оптичні пастки або атомний годинник.
Створення потужних квантових комп'ютерів стримується необхідністю підтримки їхньої роботи спеціальної фізичної середовища. Наприклад, для роботи квантових комп'ютерів на основі фотонів потрібні потужні магніти та наднизька температура, які дозволяють отримати закручене світло. Японські вчені знайшли спосіб отримати таке світло за кімнатної температури і без магнітів.