Физики впервые создали одномерный газ из фотонов, который поможет в разработке квантовых компьютеров

Исследовательская группа физиков из Боннского университета и Университета Кайзерслаутерн-Ландау (Германия) заключила большое количество фотонов в микрорезонаторе с красителем и охладила их. Обеспечить захват фотонного газа удалось с помощью полимерных наноструктур. Результаты работы опубликованы в журнале Nature Physics. 

Размерность системы оказывает влияние на ее поведение и приводит к возникновению различных состояний материи в квантовых системах из множества тел. В фотонных газах, как отметили авторы нового исследования, происходят тепловые флуктуации, которые существенно влияют только на одномерные системы. 

Чтобы определить тепловые свойства фотонного газа, физики изменили соотношения сторон ловушки и выявили смягчение фазового перехода, обычно наблюдаемого в двумерных системах. Напомним, что в них переход в состояние конденсата происходит при какой-то определенной температурной точке — подобно тому, как вода замерзает при нуле градусов Цельсия.

Повлиять на размеренность газа удалось, изменив отражающую поверхность ловушки, создав микроскопические выступы с помощью прозрачного полимера. Это позволило уловить фотоны и наблюдать их переход в новое фазовое состояние.

«Обычно полимер действует как проводник, но в этом случае он позволил пропускать свет», — объяснили авторы исследования. 

Таким образом ученые продемонстрировали, что одномерный фотонный газ не имеет определенной точки перехода в состояние конденсата, а внесение небольших изменений в структуру полимера позволяет детально изучать явления, возникающие при фазовых переходах между различными измерениями. 

Изучение одномерных фотонных газов имеет важное значение в области квантовой оптики и фотоники. Авторы новой научной работы надеются, что их результаты помогут в разработке инновационных оптических устройств и технологий.