Немецкие физики открыли 'супер-фотон', который позволит создать новое поколение компьютеров

Физики из Боннского университета, создали совершенно новый источник света, так называемый конденсат Бозе-Эйнштейна, состоящий из фотонов. Еще недавно, эксперты считали, что это невозможно. Данный метод, в будущем может использоваться для создания новых источников света, напоминающих лазеры, которые будут работать в рентгеновском диапазоне излучения. В числе других способов применения этой технологии, можно выделить создание более мощных компьютерных чипов. Ученые сообщат о своем открытии в следующем номере журнала Nature.

Атомы рубидия, которые сильно охлаждены и компактно собраны в достаточном количестве, становятся неразличимыми. Они начинают вести себя как единая огромная "супер частица". Физики называют такое агрегатное состояние материи конденсатом Бозе-Эйнштейна.

В теории, это агрегатное состояние также присуще "частицам света" или фотонам. К несчастью, на пути у физической реализации данной идеи стоит фундаментальная проблема: охлажденные фотоны попросту исчезают. Еще несколько месяцев назад, казалось невозможным собрать охлажденные световые частицы. Но Боннские физики Ян Кларс, Джулиан Шмитт, доктор Франк Веуингер и профессор Мартин Уэйтц сделали невозможное.

Температура света?

Когда нагревается вольфрамовая нить в электролампе, то она начинает светиться - сначала красным, потом желтым, и наконец-то синеватым светом. Поэтому, для каждого оттенка света можно рассчитать его "температуру образования". Синий цвет теплей, чем красный, но сияние вольфрама отличается от сияния железа, к примеру. Чтобы избежать подобных разночтений, за стандарт принят теоретический объект, так называемое абсолютно черное тело. Если это тело нагреть до температуры в 5 500 градусов, его цвет станет таким же, как и солнечный свет в полдень. Другими словами, температура света в полдень равна 5 500 градусам по Цельсию или 5 800 градусов Кельвина (в шкале Кельвина не существует отрицательных величин, ведь она начинается с абсолютного нуля, который, в привычной нам шкале Цельсия, равен минус 273 градусам; помимо отличных начальных точек отсчета, эти системы схожи друг с другом - достаточно к температуре по Цельсию добавить число 273 - и вы узнаете температуру в Кельвинах).

Когда абсолютно чёрное тело остывает, в какой-то момент, оно перестает излучать свет в видимом диапазоне; вместо этого, излучаются невидимые инфракрасные фотоны. В то же время, уровень излучения понижается. По мере падения температуры, число фотонов будет уменьшаться. Именно поэтому, так тяжело собрать необходимое количество охлажденных фотонов, которые требуются для того, чтобы образовался конденсат Бозе-Эйнштейна.

И все-таки, исследователям из Бонна удалось это сделать, используя два зеркала с высокой отражающей способностью, между которыми они удерживали фотон, отражающийся между ними вперед-назад. Между отражающими поверхностями находился раствор из пигментных молекул, с которыми фотоны периодически сталкивались. В ходе этих столкновений, молекулы "поглощали" фотоны, а затем "выплевывали" их обратно. "В ходе этого процесса, фотоны приняли температуру жидкости", - пояснил профессор Уэйтц. "Они остудили друг друга до комнатной температуры, и они не исчезли в ходе этого процесса".

Конденсат из света

Боннские физики увеличили количество фотонов между зеркалами, возбудив пигментный раствор с помощью лазера. Это позволило команде сконцентрировать достаточное, для образования конденсата, количество фотонов. Образовался единый "супер-фотон".

Фотонный конденсат Бозе-Эйнштейна - это совершенно новый источник света, чем-то напоминающий лазер. Но у него есть решающее преимущество по сравнению с лазерами: "Мы пока не умеем делать лазеры, которые генерируют очень коротковолновой свет - к примеру в ультрафиолетовом или рентгеновском спектре", - пояснил Ян Кларс. "Но с помощью фотонного конденсата Бозе-Эйнштейна, это станет возможным".

Особенно многообещающие перспективы открываются для производителей чипов. Они используют свет лазера для травления логических микросхем на полупроводниковых материалах. То, насколько тонки эти структуры, помимо других факторов, ограничено длиной волны света. Длинноволновые лазеры менее приспособлены к тонкой работе, по сравнению с коротковолновыми. Это можно сравнить с попыткой поставить подпись на документе малярной кистью.

Рентгеновское излучение имеет гораздо более короткие волны, по сравнению с видимым светом. По идее, рентгеновские лазеры должны, следовательно, позволить создавать намного более сложные схемы, на все той же кремниевой подложке. Это позволит создать новое поколение высокопроизводительных чипов, а значит, и более мощных компьютеров для конечных пользователей. Данный процесс может также оказаться полезным в других областях, таких как спектроскопия и фотоэлектричество.

Оригинал (на англ. языке): Physorg

• IBM ускоряет обучение ИИ на скорости света при минимальном энергопотреблении
• Учёные впервые визуализировали форму одиночного фотона
• Солнечная система для зарядки электромобилей
• Крупнейший электрический самолёт взлетит в 2025 году
• ДНК-биочернила открывают новые горизонты для 3D-печати кровеносных сосудов
• Исследователи улучшили эффективность и долговечность солнечных элементов
• Тёмная материя: Как камера отслеживает невидимое
• Мягкий, растяжимый электрод имитирует тактильные ощущения с помощью электрических сигналов