Учёные замедлили свет до 180 км/ч и на мгновение «остановили» его

Свет является неотъемлемым элементом квантовых коммуникаций, но у него есть один существенный недостаток. Он перемещается с огромной скоростью (примерно 300 тыс. км/с) и не имеет устойчивого состояния, в котором его можно было бы хранить. Группа учёных Венского университета технологий сумела продемонстрировать, что эта проблема может быть решена. Причём не только в не получивших ещё широкого применения сложных квантовых системах, но и в обычных оптоволоконных сетях, которыми мы уже пользуемся сегодня.

В обычные стеклянные волокна изобретатели инжектировали добавки, что позволило замедлить свет до 180 км/ч. Даже многие поезда ездят быстрее. Кроме того, учёным удалось на мгновение полностью остановить свет и потом возобновить его движение. Это важное достижение, приближающее создание так называемого квантового Интернета на базе оптоволокна, в котором квантовая информация может «телепортироваться» на огромные расстояния.

Ещё из школьного курса физики нам известно, что скорость света немного снижается при прохождении лучей через среду, отличную от вакуума, например, воду или стекло. Оно замедляется вследствие взаимодействия фотонов с атомами материала. В эксперименте этот эффект многократно усилили. Этого удалось добиться за счёт добавления атомов цезия в сверхтонкое стекловолокно. При прохождении лазерного луча через среду происходит поглощение энергии фотонов, что обеспечивает переход из состояния низкой энергии в состояние высокой энергии. Но поглощённый свет в любой момент может неконтролируемо «выбрасываться», что не несёт никакой практической пользы. Поэтому учёные применили дополнительный управляющий лазер, который обеспечивает перевод атомов в третье состояние. Благодаря этим трём квантовым состояниям учёные получили контроль над созданными структурами и теперь имеют возможность хранить фотоны некоторое время (около двух микросекунд). «Захваченные» фотоны через две микросекунды были возвращены в обычное оптоволокно, сохранив свои свойства, что является очень важным условием для обеспечения квантовых коммуникаций.

Интересно отметить, что квантовое соединение между абонентами является безопасным с точки зрения защиты информации, так как перехватить сообщение и остаться при этом незамеченным не получится согласно фундаментальным законам квантовой физики.