Le particelle di luce (fotoni) si presentano come minuscole, porzioni indivisibili. Molte migliaia di queste porzioni di luce possono essere unite per formare un singolo superfotone se sono sufficientemente concentrate e raffreddate. Le singole particelle si fondono tra loro, rendendoli indistinguibili. I ricercatori lo chiamano condensato fotonico di Bose-Einstein. È noto da tempo che gli atomi normali formano tali condensati. Il prof. Martin Weitz dell'Istituto di fisica applicata dell'Università di Bonn ha attirato l'attenzione degli esperti nel 2010 quando ha prodotto per la prima volta un condensato di Bose-Einstein dai fotoni.

Nel suo ultimo studio, Il team del prof. Weitz ha sperimentato questo tipo di superfotone. Nella configurazione sperimentale, un raggio laser veniva rapidamente fatto rimbalzare avanti e indietro tra due specchi. In mezzo c'era un pigmento che raffreddava la luce laser a tal punto da creare un superfotone dalle singole porzioni di luce. "La particolarità è che abbiamo costruito una specie di pozzo ottico in varie forme, in cui è potuto fluire il condensato di Bose-Einstein, " riferisce Weitz.

Un polimero varia il percorso della luce

Il team di ricercatori ha usato un trucco qui:ha mescolato un polimero nel pigmento tra gli specchi, che cambia il suo indice di rifrazione a seconda della temperatura. Il percorso tra gli specchi per la luce quindi è cambiato in modo che lunghezze d'onda della luce più lunghe passassero tra gli specchi quando riscaldati. L'estensione del percorso della luce tra gli specchi potrebbe essere variata, in quanto il polimero potrebbe essere riscaldato tramite uno strato riscaldante molto sottile.

"Con l'aiuto di vari modelli di temperatura, siamo stati in grado di creare diverse ammaccature ottiche, " spiega Weitz. La geometria dello specchio sembrava solo deformarsi, mentre l'indice di rifrazione del polimero è cambiato in alcuni punti - tuttavia, questo ha avuto lo stesso effetto di una forma cava. Una parte del superfotone è confluita in questo pozzo apparente. In questo modo, i ricercatori sono stati in grado di utilizzare il loro apparato per creare diversi, modelli a bassissima perdita che hanno catturato il condensato fotonico di Bose-Einstein.

Precursore dei circuiti quantistici

Il team di ricercatori ha studiato in dettaglio la formazione di due pozzi vicini, controllata tramite l'andamento della temperatura del polimero. Quando la luce in entrambe le cavità ottiche è rimasta a un livello di energia simile, il superfotone scorreva da un pozzo a quello vicino. "Questo era un precursore dei circuiti quantistici ottici, " ha evidenziato il fisico dell'Università di Bonn. "Forse anche complessi arrangiamenti, per cui l'entanglement quantistico avviene in interazione con una possibile interazione di fotoni in materiali idonei, può essere prodotto con questa configurazione sperimentale."

Questo sarebbe, a sua volta, essere il prerequisito per una nuova tecnica per la comunicazione quantistica e i computer quantistici. "Ma è ancora molto lontano, " afferma Weitz. I risultati del team di ricerca potrebbero essere utilizzati anche per sviluppare ulteriormente i laser, ad esempio per lavori di saldatura ad alta precisione.