Вчені відкрили квантовий зворотний перебіг у двох вимірах

Вчені з Фізичного факультету Варшавського університету просунулися у спостереженні унікального явища, відомого як квантовий зворотний перебіг, у двомірному просторі. Дослідники організували суперпозицію двох світлових променів, закручених за годинниковою стрілкою, що створило витки у протилежному напрямку у темних областях результуючої суперпозиції.

Богнишиха Гхош, аспірантка факультету, порівняла цей ефект із бумерангом: зазвичай очікується, що об'єкт, що рухається, продовжуватиме рух у тому ж напрямку. Але у квантовій механіці все інакше. Об'єкти можуть бути в суперпозиції, що дозволяє частинці одночасно займати дві або більше позицій.

Це явище, зване зворотним течією, досі не спостерігалося у квантових системах, але успішно демонструвалося у класичній оптиці. Теоретичні роботи Якіра Ахаронова, Майкла В. Беррі та Санду Попеску досліджували зв'язок між зворотним перебігом у квантовій механіці та аномальною поведінкою оптичних хвиль.

Доктор Радек Лапкевич із Квантової лабораторії зображень та його група продемонстрували це явище в одному вимірі, використовуючи просте втручання двох променів. А нещодавно дослідники показали ефект зворотного перебігу і у двох вимірах.

Для спостереження цього феномена дослідники використали датчик хвильового фронту Шака Хартмана. Ця система, що складається з масиву мікролінз перед датчиком CMOS забезпечує високу чутливість для двовимірних просторових вимірювань.

Варто зазначити, що світлові промені з азимутальною (спіральною) фазовою залежністю, що несуть орбітальний кутовий момент, були вперше отримані експериментально в 1993 Марко Бейєрсбергеном та іншими за допомогою циліндричних лінз. З того часу вони знайшли застосування в багатьох областях, включаючи оптичну мікроскопію та оптичні пінцети.

Цікавою ілюстрацією потужності суперосциляцій є робота Майкла Беррі "Швидше Фур'є", де він показав, що теоретично можна відтворити Дев'яту симфонію Бетховена, використовуючи лише звукові хвилі з частотами нижче 1 Герца.

Ці відкриття можуть вплинути на додатки, пов'язані з взаємодією світла і речовини, такі як оптична пастка або створення надточного атомного годинника. Крім того, публікація групи з Фізичного факультету Варшавського університету є кроком до спостереження квантової зворотної течії у двох вимірах, що теоретично вважається більш стійкою, ніж одновимірна зворотна течія.