Исследователи начали кристаллизовывать свет, пытаясь ответить на фундаментальные вопросы о физике вещества. Решая задачу по разработке экзотических материалов, например, сверхпроводников, работающих при комнатной температуре, исследователи заперли фотоны, базовые элементы света, в одном месте. Об этих чудесах рассказывает веб-сайт Принстонского университета (США).
Ученые намерены использовать этот метод, чтобы попробовать разрешить вопросы, связанные с физикой конденсированного состояния. «Мы заинтересованы в исследованиях в этом направлении, в особенности в контроле над потоком энергии на атомном уровне», — рассказывает Хакан Туреци (Hakan Türeci), доцент электроинженерии. — Наша цель в том, чтобы лучше понимать существующие материалы и процессы, а также оценивать те материалы, которые еще не получилось создать».
Открытие описано в журнале Physical Review X , но на самом деле это только часть работы по созданию устройства, позволяющего симулировать поведение субатомных частиц. Даже самые современные компьютеры с трудом справляются с такими задачами, поскольку работают по законам классической механики, которой подчиняются крупные тела, а системы субатомных частиц подчиняются законам квантовой механики, более сложным и с точки зрения интуитивного понимания, и с вычислительной точки зрения.
Ученые давно считают, что квантовый компьютер поможет решить ныне нерешаемые задачи, но построение квантового компьютера общего назначения оказалось весьма непростой задачей и требует дополнительных исследований и решения чрезвычайно сложных инженерных задач.
Команда Принстонского университета решила пойти другим путем — создать системы, которые непосредственно симулируют желаемое поведение. Каждая такая система решает лишь одну задачу. Это можно сравнить с изучением конструкции самолета при его испытании в аэродинамической трубе, то есть при помощи физической симуляции, а не при помощи компьютеров.
Чтобы построить такую машину, исследователи создали структуру из сверхпроводящих материалов, где 100 млрд атомов призваны работать как один «искусственный атом». Они поместили искусственный атом вблизи сверхпроводящего провода, содержащего фотоны. По законам квантовой механики, фотоны на проводе наследуют некоторые свойства искусственного атома. В частности, хотя нормальные фотоны не взаимодействуют, в такой системе они начинают это делать.
«Мы смешали фотоны и атомы, чтобы искусственно сконструировать сильные взаимодействия между фотонами, — говорит постдок Дариус Садри (Darius Sadri), — это взаимодействие ведет к совершенно новому коллективному поведению света, сравнимого с типом фаз вещества, таких как жидкости и кристаллы, изучаемые в физике конденсированного состояния.
Туреци говорит, что их команда сконструировала новое поведение света. «В одном режиме, свет болтается туда-сюда, как жидкость, в другом — замерзает». На данный момент в системе только два искусственных атома. Ученые намерены расширить устройство и количество взаимодействий, чтобы моделировать более сложные системы. В будущем команда планирует заставить свет вести себя как изолятор или также быть сверхтекучим.
Источник иллюстрации: ru.123rf.com
