Первый квантовый метаматериал породил больше вопросов, чем ответов

Немецкие ученые из области материалов создали первый в мире квантовый метаматериал. В результате появилось больше вопросов, чем ответов, но, во-первых, открытие может нести важное значение в таких областях, как фиксация единичного фотона и переключение фазы, а во-вторых, стать средством для дальнейшего исследования парадоксальных принципов квантовой физики. Метаматериал, как вы, должно быть, знаете — это материал, обладающий свойствами, которых в природе нет. Почти во всех случаях, когда упоминаются метаматериалы, имеется в виду отрицательный коэффициент преломления — то есть свет отражается в противоположном направлении от того, какое ожидаете увидеть вы. Это свойство метаматериалов позволяет ученым вытворять странные вещи, вроде создания плащей-невидимок (пока в будущем). Тем не менее основная проблема метаматериалов в том, что если плащ-невидимка и будет создан, он будет скорее похож на танк, а не на ту накидочку из «Гарри Поттера». Более того, в нем придется оставить щель, чтобы видеть происходящее хотя бы с одной стороны, и это точно выдаст носящего. На практике ученые воспроизводят эффект отрицательного преломления с использованием кольцевых резонаторов — обычно двух концентрических C-образных частей немагнитного металла (изображение выше). Точный принцип действия останется за пределами этой статьи, но по сути форма колец и расположение щели влияют на частоту спектра, с которым работает резонатор (микроволны, инфракрасный и т.п.), и отражением излучения, которое в него попадает. Есть и другая историческая проблема: такой кольцевой резонатор может работать лишь в узком диапазоне частот, то есть создание плаща-невидимки, скрывающего объект от всего спектра, затрудняется. Исследователи из Технологического института Карлсруэ в Германии встроили 20 алюминиевых кубитов в микроволновый резонатор, создав небольшой кусочек квантового метаматериала (на изображении ниже). Когда микроволна определенной частоты попадает в квантовый метаматериал, фотоны (из которых состоят микроволны) летают в резонаторе и взаимодействуют с 20 кубитами, а после покидают резонатор в другой фазе. Измеряя изменение фазы, ученые пришли к интересному заключению: до восьми кубитов объединялись вместе, чтобы повлиять на фотоны, а потом эти группы разбивались на группы по четыре. Никто не знает почему, и поиск ответа на вопрос будет дальнейшей задачей исследователей. Статья была представлена в arXiv.org.

Первый квантовый метаматериал породил больше вопросов, чем ответов

Лонгриды для вас

Глобальная квантовая связь может быть ближе, чем кажется

Графен может решить пять крупнейших проблем мира

Существуют ли путешествия во времени без парадоксов?