#фотоны

Космос велик, но не пуст. Практически в каждой его точке можно найти если не пыль, то летящие в разных направлениях элементарные частицы. И чем больше энергия частицы, тем меньшее расстояние она должна пролететь, не потеряв эту энергию.

При совпадении нескольких условий наши глаза способны улавливать излучение в ближнем инфракрасном спектре. Тогда сетчатка начинает работать как нелинейный фотодетектор.

Ученые из Института радиотехники и электроники им. В. А. Котельникова РАН и МФТИ с коллегами впервые создали полную компьютерную модель сильного взаимодействия магнонов и фотонов в системе на основе железо-иттриевого граната и сверхвысокочастотного резонатора. Это исследование актуально для спинтронных и квантовых приложений, например для создания высокочувствительных сенсоров и элементов квантовых систем.

Большой коллектив российских ученых из ведущих физических институтов Москвы, Нижнего Новгорода, Сарова и Санкт-Петербурга представил амбициозный проект нового эксперимента по поиску аксионов — гипотетических частиц, считающихся одними из главных кандидатов на роль темной материи. Предложенная установка, получившая название «Космологический Аксионный Саровский Галоскоп» (CASH), будет использовать уникальные однофотонные детекторы на основе джозефсоновских переходов, что позволит ей преодолеть фундаментальный квантовый предел чувствительности и достичь рекордных показателей в ранее неисследованной области масс. Этот прорыв может наконец пролить свет на природу загадочной субстанции, составляющей более 80% всей материи во Вселенной.

Международная группа ученых из Китая и России предложила и теоретически обосновала элегантный метод управления сложными квантовыми состояниями в экзотон-поляритонных конденсатах. Исследователи разработали двухступенчатый подход, позволяющий с помощью оптического насоса превращать нестабильные, асимметричные состояния системы в устойчивые и упорядоченные. Это открывает новые пути для создания передовых оптических и квантовых устройств.

Физики впервые экспериментально создали коллективную квантовую запутанность, основанную на темных состояниях. Для этого им пришлось точно настроить резонатор, в котором находились квантовые точки.

Международная группа физиков из России (включая ученых ТГУ), Казахстана и Японии экспериментально зафиксировала необычное явление: стрела, движущаяся прямолинейно, оставляет за собой след в форме винтовой спирали. Это противоречит классическим представлениям, но было подтверждено в эксперименте с переходным излучением. Открытие меняет существующие взгляды на природу закрученного света и имеет значительные перспективы как для фундаментальных исследований, так и для прикладных технологий.

Сотрудники Института физики микроструктур РАН (филиал ИПФ РАН) приняли участие в разработке детектора одиночных микроволновых фотонов и провели цикл измерений по исследованию статистики тепловых фотонов в лаборатории «Сверхпроводниковая наноэлектроника» Центра квантовых технологий в НГТУ. Ученым удалось впервые в мире зафиксировать одиночные фотоны в области 14 ГГц, имеющие тепловую природу.

В 1905 году Альберт Эйнштейн объяснил фотоэффект, показав, что свет состоит из квантов — фотонов, которые выбивают электроны из вещества. Это открытие заложило основы квантовой механики. Спустя 100 лет физики Петр Казинский, Владислав Рякин и Марк Мокринский из ТГУ предложили новую главу в этой истории. Они исследовали, как закрученные фотоны — световые волны, несущие орбитальный угловой момент, — могут генерировать закрученные электроны.

Международный коллектив ученых из Греции (FORTH, Университет Крита), Китая (Университет Вестлейк, Университет Тунцзи), Великобритании (Университет Сент-Эндрюс) и России (МФТИ, СПбГУ) впервые продемонстрировал создание и управление экзотическими топологическими состояниями света при комнатной температуре, используя уникальные свойства самособирающихся кристаллов перовскита. Заперев свет в микроскопической ловушке вместе с этими кристаллами, исследователи смогли создать «синтетические» магнитные поля для фотонов, что привело к появлению необычных и надежно защищенных световых состояний.

Ученые из МФТИ и Всероссийского НИИ автоматики имени Н. Л. Духова задумались о рождении экзотических состояний лазерного света. В результате год назад появилась целая теория, которая сможет показать, как казалось бы пассивное облако свободных электронов, рожденных при ионизации газа мощным лазером, способно кардинально изменять саму квантовую природу этого лазерного света. Благодаря ей, ученые могут предсказать формирование так называемых неклассических и негауссовых состояний света, включая состояния с кольцеобразной функцией Вигнера, что открывает новые пути к созданию и управлению светом для будущих квантовых технологий. Сегодня физики рассказали об этом явлении подробнее.

Ученые из Физического института имени П. Н. Лебедева РАН и МФТИ провели всестороннее исследование временных, спектральных и угловых характеристик рентгеновского излучения (фотонов с энергией от пяти до 1000 кэВ), возникающего при формировании разряда в воздушных промежутках длиной около 55 сантиметров при напряжении до одного мегавольта. Полученные данные позволили глубже понять физику высокоэнергетических излучений и их возможных источников, возникающих как в лабораторных, так и в природных атмосферных разрядах.

Ученые из МФТИ, ВНИИА и ИТПЭ РАН разработали теоретическую модель, демонстрирующую неожиданную роль теплового шума в поведении сложных квантовых систем. Их исследование показывает, что шум, обычно ухудшающий свойства системы, способен вызывать спонтанные переходы между состояниями с различной симметрией в специально спроектированной оптомеханической системе. Это открытие не только меняет взгляд на роль тепловых шумов в физике, но и демонстрирует новые возможности в изучении кинетики фазовых переходов, связанных с нарушением так называемой PT-симметрии.

Сегодня, 14 апреля, отмечается Всемирный квантовый день — и это отличный повод задуматься: насколько наши данные защищены в эпоху квантовых компьютеров? Могут ли хакеры взломать методы криптографической защиты? Разбираемся с заведующим лабораторией элементной базы квантовых коммуникаций НИТУ МИСИС Романом Шаховым, какие технологии спасут цифровую безопасность в ближайшие годы.

Коллектив ученых из Физического института имени П. Н. Лебедева РАН (ФИАН) и МФТИ представил новое исследование, посвященное рентгеновским излучениям, наблюдаемым в условиях лабораторных атмосферных разрядов. В своей работе они провели всесторонние измерения рентгеновских излучений в периферийной области атмосферных разрядов, инициированных при напряжениях порядка одного миллиона вольт.

Группа российских ученых из МФТИ, МИФИ и Института ядерных исследований РАН достигла значительного прогресса в изучении квантовой запутанности, создав и успешно протестировав инновационную экспериментальную установку для измерения поляризационных корреляций фотонов, образующихся при аннигиляции электрон-позитронных пар.

Ученым удалось создать одномерный фотонный газ и изучить его свойства. Метод, примененный в новом эксперименте, позволил подтвердить теоретические предсказания. В будущем эти результаты можно использовать для создания новых квантовых систем связи и компьютеров.

Сотрудники кафедры Теоретической ядерной физики института ЛаПлаз НИЯУ МИФИ впервые создали полное аналитическое описание эксперимента по наблюдению поляризации вакуума.

Сотрудники лаборатории искусственных квантовых систем МФТИ под руководством профессора Олега Астафьева напрямую продемонстрировали фундаментальный процесс обмена энергией между одиночной квантовой системой и электромагнитным импульсом. Ученым удалось увидеть временные осцилляции амплитуды управляющего импульса, распространяющегося в волноводе, соответствующие поглощению и излучению фотона одиночной двухуровневой квантовой системой, сильно связанной с волноводом. В частности, удалось впервые записать нестационарные спектрограммы излучения двухуровневой квантовой системы под действием коротких сигналов накачки.

В международной научно-исследовательской лаборатории «Излучение заряженных частиц» Института нанотехнологий в электронике, спинтронике и фотонике НИЯУ МИФИ разработали новый тип дифракционных решеток, который позволит фокусировать терагерцовое излучение.

Группа ученых из Университета ИТМО описала метаматериал, который может стать платформой для тестирования свойств аксионов — кандидатов на роль частицы темной материи.

В основу создания установки атмосферной квантовой связи ученые МТУСИ заложили модульный принцип, когда применяются серийные решения, разработанные отечественными компаниями-производителями блоков КПК для ВОЛС, и производится их сопряжение с оборудованием атмосферной оптической связи.

Да, безусловно. Правда, фотон не обязательно именно «отскакивает» — предмет может и светиться сам, и флуоресцировать, и быть полупрозрачным — но да, фотон именно что несет информацию о предмете. Как эта информация переносится? Например, у фотона есть энергия — или длина волны, если вспомнить про то, что свет это и частицы, и волны одновременно. Мы...

Ученые из Сколтеха запатентовали способ переключения необычного макроскопического состояния света, известного как поляритонный бозе-эйнштейновский конденсат, при комнатной температуре единичным фотоном. Поляритонный конденсат может однажды стать основой для хранения и операций с информацией в оптических компьютерах, и способность эффективно переключать его состояние приближает нас к компьютерам, которые будут манипулировать фотонами вместо электронов, обеспечивая значительный рост производительности и экономию электроэнергии по сравнению с современной электроникой.

Ученые ИТМО предложили универсальный способ для генерации квантовых корреляций и запутанных состояний. Он позволяет динамически влиять на параметры системы и задавать желаемые характеристики фотонов, например, явления группировки или антигруппировки. Исследование открывает возможности для кодирования запутанных состояний в сверхпроводящих кубитах и обработки квантовой информации в оптических чипах нового поколения.

Да, можно. Собственно, вы именно такие фотоны прямо сейчас и видите — свет, распространяющийся не в вакууме, движется медленнее. То, во сколько раз он замедляется — зависит от свойств материала, и у этой величины есть название, известное по школьному курсу оптики, это «показатель преломления». Свет, который попал к вам на сетчатку, прошел сначала через воздух...

Ученые НГТУ и ИФМ РАН провели исследования по обнаружению одиночных микроволновых фотонов вплоть до йоктоджоулевого диапазона. Достигнутые скорости ложных срабатываний детектора оказались намного ниже, чем ожидалось из существовавших ранее теорий. Эти результаты демонстрируют интригующие перспективы реализации счетчика одиночных фотонов для поиска аксионов — предполагаемых частиц темной материи.

Ученые НИЦ «Курчатовский институт» совместно с коллегами из Института ядерных проблем БГУ (Минск) предложили новый материал для детекторов ионизирующего излучения. Они применяются в самом разнообразном оборудовании — от медицинской техники до экспериментальных установок для физики высоких энергий. Созданное исследователями стекло с повышенным содержанием атомов редкоземельных металлов — гадолиния и церия, — обладая достоинствами ранее полученного барий-гадолиний-силикатного стекла, способно реагировать на излучение значительно быстрее.

Группа ученых из России и Германии математически описала ситуацию, когда происходит самоостановка света — явление, при котором скорость световых импульсов падает в миллионы раз, вплоть до нуля. Оказалось, что в определенных условиях излучение в резонансно поглощающей среде создает для себя «потенциальную яму», из которой затем не может выйти. Это происходит за счет обволакивания материей безмассовых фотонов, и в результате они могут остановиться.

Команда ученых Южного федерального университета разработала композитный материал на основе наночастиц, рассматриваемый для потенциальных применений в области лечения и диагностики злокачественный опухолей методом рентгеновской фотодинамической терапии (XPDT).

Группа ученых из России и Великобритании впервые представила теоретическое описание эффекта квантового волнового смешения, в котором присутствуют как классические, так и неклассические состояния микроволнового излучения. Этот эффект, который до сих пор не имел строгого математического описания, может быть использован при исследовании взаимодействий между светом и материей в квантовых вычислениях и фундаментальной физике.

Коллектив ученых из МФТИ и МИСиС разработал и протестировал новую платформу для реализации сверхсильной фотон-магнонной связи. Систему сделали из тонкопленочных гетероструктур на кристалле кремния. Это открытие решает проблему, над которой исследовательские группы в разных странах бились последний десяток лет, и дает доступ к новым возможностям в реализации квантовых технологий.

Исследователи Сколтеха и их коллеги из Великобритании успешно решили известную проблему квантовой гидродинамики, создав устойчивый гигантский вихрь во взаимодействующих поляритонных конденсатах. Полученные данные открывают новые возможности для создания когерентных источников света с уникальной структурой и исследований в области теории многих тел при экстремальных условиях.

Ученые Университета ИТМО и МФТИ доказали, что маленькие объекты так же, как и большие, способны полностью поглощать свет. Результаты исследования помогут в создании новых компактных технологий для беспроводной передачи энергии и информации.

Ученые Сколтеха и их коллеги из Института физики микроструктур РАН, Нижегородского государственного университета имени Н. И. Лобачевского, Университета ИТМО, МГУ имени М. В. Ломоносова и Института общей физики имени А. М. Прохорова РАН придумали способ увеличить яркость фотолюминесценции в кремнии, основном материале современной электроники, несмотря на то, что он, к сожалению, плохо справляется с задачами излучения и поглощения фотонов. Новое открытие ученых может быть использовано для создания более эффективных фотонных интегральных схем.

Исследователи Сколтеха и их коллеги из Великобритании и Польши предложили фотонное устройство, состоящее из двух оптических резонаторов на жидких кристаллах, и исследовали оптические свойства этой системы, которую в перспективе можно будет применять в оптоэлектронных и спинтронных устройствах следующего поколения.

Исследователи Сколтеха и их коллеги из Кембриджского университета показали, что поляритоны − необычные частицы, которые могут стать основой квантового суперкомпьютера будущего, способны образовывать структуры, по своему поведению напоминающие молекулы. Такие «искусственные молекулы» в перспективе можно будет создавать по запросу с заранее заданными свойствами.

Группа ученых из Центра квантовых технологий МГУ провела экспериментальную проверку использования «теневой томографии» в модельной квантовой системе переменной размерности, реализуемой с пространственными состояниями фотонов. Идеи теневой томографии могут лечь в основу новых, менее затратных методов тестирования и поиска ошибок, и найти прикладное применение при разработке новых поколений квантовых процессоров.

Сотрудникам лаборатории гибридной нанофотоники и оптоэлектроники Физико-технического факультета Университета ИТМО впервые удалось добиться перехода от спонтанного к вынужденному рассеянию в наночастицах, размер которых в десятки раз меньше аналогов. Таким образом, исследователи получили самую компактную платформу, которая поддерживала бы такой режим. Созданная платформа из наночастицы кремния на сапфировой подложке может использоваться в задачах сенсинга, детектирования и термометрии, что открывает широкие возможности для будущего применения ее в биомедицине, таргетной доставке лекарств, а также в качестве альтернативы электронным устройствам в оптических чипах.

Американские ученые разработали нейросеть, в которой операции совершаются с помощью фотонов. Такой подход значительно снижает траты энергии на обучение сети и позволяет производить вычисления с околосветовой скоростью.

Зеркало состоит всего из 200 атомов и в тысячу раз тоньше человеческого волоса, тем не менее отражение в нем обладает отличным качеством и его можно увидеть невооруженным глазом.

Российские и датские ученые впервые наблюдали в эксперименте плазмонную нанострую. Это явление позволяет сфокусировать свет на наномасштабе и в теории — обойти одно из фундаментальных ограничений обычной собирающей линзы. Подобное уплотнение световых волн необходимо, чтобы использовать их в качестве переносчика сигналов в компактных устройствах, которые будут работать быстрее электроники.

Группа российских, шведских и американских ученых доказала необходимость оперировать точными количественными данными при изучении коллективных эффектов в массивах диэлектрических наночастиц.

Наземные детекторы уловили следы фотонов энергиями в сотни триллионов электронвольт, прилетающих к нам из Крабовидной туманности.

Исследователи из Сингапура и Австралии разработали фотонный квантово-информационный процессор, способный генерировать 16 вероятных сценариев будущего одновременно.

Квантовый мир часто противоречит здравому смыслу. Нобелевский лауреат Ричард Фейнман как-то заявил: «Думаю, я смело могу сказать, что квантовой механики никто не понимает». Квантовая телепортация — как раз один из таких странных и, казалось бы, нелогичных феноменов.

Ученые из Флориды разработали технику, при которой групповая скорость светового импульса в 30 раз превышает скорость света, а также может двигаться в обратную сторону. При этом техника не подразумевает использования дополнительных материалов.

Исследователи из Калифорнийского технологического института (Калтех) разработали способ для поднятия и ускорения объектов при помощи одного только света, создавая на их поверхности особые наномасштабные паттерны.

Новый эксперимент в сфере квантовой физики показал необычный феномен, который раньше существовал лишь в теории. Согласно MIT Technology Review, в нужных условиях два человека могут наблюдать одно и то же событие, но с разным результатом, при этом оба будут правы.

Три квантовых «птицы» могут занимать две клетки, при этом ни в одной из них не будет две частицы.