Αφού ακινητοποίησαν το φως, το αποθήκευσαν και μετά το άφησαν

Από σελίδα του BBC και του Yahoo!news 18-Ιανουαρίου-2001

Αμερικανοί φυσικοί επιστήμονες ανακοίνωσαν την Τετάρτη ότι κατάφεραν να δημιουργήσουν μία διάταξη που αιχμαλωτίζει το φως και το κάνει να ακινητοποιείται, αντί, όπως συμβαίνει κανονικά, να κινείται με ταχύτητα 300.000 km/s. Λένε πως το επίτευγμά τους θα μπορούσε να επιταχύνει την ανάπτυξη κβαντικών υπολογιστών, που θα υπολόγιζαν έτσι εκατομμύρια φορές γρηγορότερα από τους παρόντες υπολογιστές, αλλά και την ανάπτυξη εφευρέσεων τις οποίες  κανένας δεν έχει ονειρευτεί ακόμα.

Η διάταξη των επιστημόνων από το Harvard - Smithsonian Center for Astrophysics στο Κέιμπριτζ της Μασαχουσέτης ψύχει άτομα του στοιχείου ρουβιδίου σε τόσο υψηλό βαθμό, ώστε αυτά δεν μπορούν πλέον να απορροφήσουν τα φωτόνια μιας ακτίνας λέιζερ, όπως κάνουν συνήθως όταν αλληλεπιδρούν με το φως. Αντίθετα, όπως ανέφεραν στο Physical Review Letters, τα άτομα ρουβιδίου μεταβάλλουν ελαφρά το μαγνητικό τους σπιν, μιά αλλαγή που επιτρέπει σε αυτά τα άτομα κατά κάποιο τρόπο, να αποθηκεύσουν τις «πληροφορίες» που μετέφεραν τα φωτόνια του λέιζερ. Ένας δεύτερος παλμός λέιζερ κτυπώντας στη συνέχεια το νέφος του θερμού αερίου του ρουβιδίου απελευθερώνει το «εγκλωβισμένο» πρώτο παλμό.

Όπως δήλωσε στο Reuters εκπρόσωπος του American Institute of Physics, όταν μία ακτίνα φωτός προσκρούει σε μία επιφάνεια, ακόμη και ένα άτομο σε ένα ιδιαίτερο αντανακλασικό καθρέπτη, απορροφάται από τα άτομά της, τα οποία ανεβάζουν την ενέργειά τους ή θερμαίνονται. Στην προκειμένη περίπτωση η ακτίνα φωτός απορροφάται, αλλά δεν θερμαίνει τα άτομα. Τα φωτόνια αποθηκεύονται ως μεταβολή του μαγνητικού σπιν των ατόμων.

"Εδώ, ο παλμός του φωτός γίνεται ολοένα και πιό αμυδρός και αργός," είπε ο Ben Stein, ένας εκπρόσωπος του Αμερικανικού Ιδρύματος Φυσικής.

"Το φως εξαφανίζεται αλλά αντί να απορροφηθεί όπως συνήθως γίνεται δεδομένου ότι θερμαίνει τα άτομα, πηγαίνει στην αποθήκευση των πληροφοριών του στα άτομα υπό μορφή του spin που αποκαλείται ιδιοπεριστροφή ."

Τα διαφανή μέσα όπως το νερό ή το γυαλί μπορούν να επιβραδύνουν μια ακτίνα φωτός ελαφρώς. Η επίδραση αυτή προκαλεί το φαινόμενο της διάθλασης και είναι η βάση για την χρησιμοποίηση των φακών και των πρισμάτων.

Για να ακινητοποιήσουν το φως συνολικά, οι επιστήμονες έχουν χρησιμοποιήσει ένα πολύ ισχυρό φαινόμενο. Οι ερευνητές έψυξαν ένα αέριο  ατόμων νατρίου μαγνητικά παγιδευμένων σε μερικά εκατομμυριοστά του βαθμού Kelvin, κοντά στο απόλυτο μηδέν (-273C). Η συμπύκνωση αυτή αναφέρεται σαν συμπύκνωση  Bose-Einstein (BEC), που είναι μια υπέρψυχρη ομάδα ατόμων συνήθως μέσα σε μαγνητικό πεδίο, που όμως αυτά συμπεριφέρονται σαν ένα γιγαντιαίο άτομο

Κανονικά αυτό το υλικό θα ήταν αδιαφανής στο φως. Αλλά μέσω του φωτισμού του με μια ακτίνα λέιζερ, αποκαλούμενη ακτίνα συζεύξεων, μπορεί το αέριο να γίνει διαφανές, με αυτόν τον τρόπο επιτρέποντας σε έναν άλλο παλμό λέιζερ να περάσει μέσω αυτού. Είναι μια διαδικασία γνωστή σαν ηλεκτρομαγνητικώς προκληθείσα διαφάνεια.

Και, κάτι εκπληκτικό, εάν το λέιζερ συζεύξεων κλείνεται ενώ ο παλμός ελέγχου είναι μέσα στο νέφος αερίου, ο παλμός ελέγχου σταματά σαν νεκρός μέσα στις τροχιές του. Εάν η ακτίνα συζεύξεων ανοίγεται πάλι μετά, ο παλμός ελέγχου προκύπτει άθικτος, ακριβώς σαν να περίμενε να επαναλάβει το ταξίδι του!

Υπερταχείς κβαντικοί υπολογιστές

Η μικρή αλλαγή στο spin θα μπορούσε να λειτουργήσει ακριβώς όπως οι διακόπτες στους υπολογιστές. "Εσείς θα μπορούσατε να αποθηκεύσετε το μηδέν και το ένα όπως αυτά ακριβώς αποθηκεύονται στους υπολογιστές, " είπε ο Stein. Αλλά αυτό θα συνέβαινε πολύ γρηγορότερα και, χρησιμοποιώντας τους, μερικές φορές παράξενους νόμους της κβαντομηχανικής, ένα φωτόνιο θα μπορούσε να είχε περισσότερες από μια "on-off" θέσεις συγχρόνως.

Η ιδιότητα αυτή θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή πολύ γρήγορων κβαντικών υπολογιστών. Ακόμη καλύτερα, οι φυσικοί θα ήταν ικανοί να βγάλουν το φως από το ρουβίδιο. 

Στη συνέχεια, μπορείτε να στείλετε έναν άλλον παλμό φωτός που πείθει τα άτομα να βγάλουν έξω τον αρχικό φωτεινό παλμό" είπε ο Stein.

Ο Stein είπε οι εφαρμογές, πέρα από τη χρήση του φωτός σε κβαντικούς υπολογιστές, δεν είναι σαφείς. Αλλά το ίδιο πράγμα ίσχυε και για τα λέιζερ όταν εφευρέθηκαν αρχικά.
"Κανένας δεν πρόβλεψε τη χρήση τους στους ανιχνευτές των supermarket και των υπολοίπων καταστημάτων" είπε.

Σε ένα δεύτερο έγγραφο, που δημοσιεύεται στην έκδοση της επόμενης εβδομάδας του Nature, η Lene Hau και συνάδελφοι της στο επιστημονικό ίδρυμα Χάρβαρντ/Rowland είπε ότι είχαν κάνει ένα παρόμοιο πείραμα χρησιμοποιώντας εξαιρετικά-κρύο αέριο. Τότε ακινητοποίησαν το φως περίπου σε 60km/h.

Χρησιμοποίησαν τα άτομα νατρίου για το πείραμά τους, και ήταν επίσης ικανά να αποθηκεύσουν το φως και να το βγούν πίσω πάλι.

"Θεωρούμε ότι αυτό το σύστημα θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για τη κβαντική μεταφορά πληροφοριών, " έγραψαν αυτοί στην αναφορά τους.