2001 - #4 (264) Експерт Наука та технології - Завмираючий фотон
Нашумілі експерименти щодо уповільнення швидкості світла відкривають нові можливості для створення квантового комп'ютера
Тим часом, якщо спробувати розібратися в суті питання, утримуючись від непотрібних емоцій, на виході виходить поки що не так вже й багато - безумовно, досягнуті в США результати є великим успіхом сучасної науки, проте, по-перше, вони зовсім не трясуть її основи, залишаючи незайманим аксіоматичний фундамент нинішньої фізики, а по-друге, їх можна вважати, хоч і найгучнішим, але лише одним із низки досягнень у стрімко розвивається науковій галузі - нелінійній оптиці.
Сімнадцять метрів за секунду
Першим практичним доказом ефективності теоретичних моделей, що активно розроблялися різними групами вчених протягом останнього десятиліття, стали експерименти датчанки Лін Хау та її співробітників (Rowland Institute for Science та Harvard University, Cambridge, Massachusetts), проведені на початку 1999 року. У ході яких вдалося уповільнити швидкість світлової хвилі (близько трьохсот тисяч кілометрів за секунду для вакууму) у натрієвому газі більш ніж на шість порядків - до 17 метрів за секунду. Для цього фізики попередньо охолоджували натрій, поміщений в електромагнітне поле, до наднизької температури - однієї п'ятдесятимільйонної градуса за Кельвіном (тобто практично до абсолютного нуля або до -273,15 градуса за Цельсієм). За цих умов речовина перетворюється на так званий конденсат Бозе-Ейнштейна.
У цьому конденсаті імпульси "заморожених" атомів прагнуть до нуля, що призводить, згідно зі знаменитим співвідношенням невизначеностей Гейзенберга, до "розмазування" їх точного розташування. В результаті атоми як би перекриваються зі своїми сусідами, утворюючи"суператом" з однією загальною для всіх частинок хвильовою функцією. Одна з найважливіших властивостей таких "суператомів" - їхня здатність бути прозорими для світлових променів строго певних довжин хвиль. Використовуючи оригінальну методику обробки конденсату двома послідовними лазерними пучками, група Лін Хау отримала на виході світловий промінь, що має таку жахливо повільну швидкість.
Прискорення світла
Наступним важливим етапом у серії експериментів з демонстрації незвичайних властивостей світла стали минулорічні дослідиЛицзюнь Вана(NEC Research Institute) у Прінстоні. За твердженнями американського вченого китайського походження, використовуючи подібні методики (лазерний промінь пропускався крізь наповнену парами цезію камеру), його група досягла зворотного ефекту: колосального перевищення швидкості світла у вакуумі - за даними експериментаторів, більш ніж у триста разів! Особлива пікантність досвіду Вана полягала в тому, що цим як би порушувався непорушний закон причинно-наслідкового зв'язку - "сторонньому спостерігачеві" (якщо, звичайно, тут застосуємо даний термін) могло здатися, що світловий промінь залишає межі "газової камери" раніше, ніж він туди потрапляє.
Втім, крім того, що "фокус Вана" був сприйнятий світовою науковою спільнотою з неабиякою часткою скептицизму (багато фахівці стверджували, що китайцеві не вдалося надати вагомих доказів), можлива інтерпретація експерименту теж далеко не така однозначна, як цього, можливо, хотілося деяким любителям смажених наукових фактів. Справа в тому, що світловий промінь, що проходить через середу, має дві різні швидкості: фазову (швидкість окремих світлових хвиль, що складають промінь) і групову (швидкість променя як єдиного цілого). І з погляду сучасної фізики немає нічого неможливого в тому, щоокремі світлові хвилі в промені дійсно можуть мати швидкість, що перевищує швидкість світла у вакуумі.
Квантовий комп'ютер все ближче
"Останні експерименти в Гарварді досить переконливо показали здійсненність завдання захоплення, зберігання та подальшого вивільнення хвильових збуджень, що переносяться світловими пучками, - підтверджує думка Михайла Лукіна Ольга Кочаровська. - На даний момент можна з великим ступенем ймовірності стверджувати, що завдяки своїй відносній простоті та універсалі методика зберігання світлової інформації стане базовою як для подальших досліджень у нелінійній оптиці, так і в настільки популярних останнім часом розробках, пов'язаних з проектуванням квантових комп'ютерів. моментів накладають суттєві обмеження на прикладне використання даної методики.