Короткая фотонная жизнь

Наука и технологии
Москва, 19.03.2007
«Эксперт» №11 (552)

Мишелю Брюну, Сержу Арошу и их коллегам из парижской Ecole Normale впервые в истории физики удалось проследить жизнь единичного фотона от его рождения из вакуума до последующего исчезновения. Средний срок жизни фотона составляет примерно 0,13 секунды. Улавливаемые фотодетекторами фотоны оставляют на них лишь следы своего краткого существования.

Французские ученые провели эксперимент, применив популярную в последние годы методику неразрушительных квантовых измерений (т. н. QND-измерений). До сих пор такие QND-измерения проводились в основном с атомами  различных химических элементов, для изучения свойств которых как раз и использовались фотоны. В опытах группы Брюна–Ароша эта методика была перевернута с ног на голову — исследовались квантовые состояния физических систем, содержащих единичные фотоны, а в качестве пробных шаров, наоборот, использовались отдельные атомы.

Для эксперимента, иллюстрирующего законы квантовой механики, французы использовали крошечный СВЧ-резонатор (менее трех сантиметров в поперечнике), охлажденный почти до абсолютного нуля. При такой экстремальной температуре существует примерно пятипроцентная вероятность, что в резонаторе вообще не останется ни одного микроволнового фотона, и пятидесятипроцентный шанс, что в нем из вакуума спонтанно образуется ровно один фотон (чтобы менее чем через секунду исчезнуть).

Исследователи периодически помещали в резонатор атомы рубидия, электроны которых находятся в возбужденном состоянии и чутко реагируют на любые внешние возмущения, например на воздействие самого слабого электромагнитного поля.

Проведя несколько сотен сеансов QND-измерений, французские физики смогли изучить скоротечную жизнь фотонов, запечатлев ее, пускай и косвенным образом, от начала и до конца.

Впрочем, у экспериментов Брюна–Ароша намечается и весьма перспективный прикладной выход — новая методика может стать одним из способов создания квантового компьютинга. Так, по мнению ряда экспертов, используемый учеными СВЧ-резонатор можно представить в виде универсального логического элемента, периодически переключающего присутствующие в нем атомы из квантового состояния ON в состояние OFF в зависимости от воздействия на них единичных фотонов.

У партнеров

    «Эксперт»
    №11 (552) 19 марта 2007
    Выборы
    Содержание:
    Кремлевский гамбит

    Мартовские региональные выборы завершили процесс реформирования партийно-политической системы. За полгода до выборов в Государственную думу у нас практически оформилась новая партийная система

    Обзор почты
    Реклама