Исследователи из Школы инженерных и прикладных наук имени Джона А. Полсона при Гарвардском университете совершили прорыв в оптике. Они впервые экспериментально доказали существование так называемого эффекта Монтгомери, который больше 60 лет оставался лишь математической теорией. Исследование ученых опубликовано в журнале Optica.
В 1960-х годах физик У.Д. Монтгомери предсказал, что если световая волна имеет определенный узор, она может восстанавливать свою форму через равные промежутки времени, проходя через пустоту. Долгое время это считалось теоретическим курьезом. Команда под руководством профессора Федерико Капассо использовала пространственный модулятор света — устройство, похожее на цифровой проектор, чтобы создать фазу лазерного луча в точном соответствии с уравнениями Монтгомери.
Результат превзошел ожидания. Луч, выпущенный установкой, сначала расплывался и словно исчезал, а затем внезапно собирался в острую, четкую точку на заданном расстоянии. И этот цикл повторялся многократно.
Похожий эффект (эффект Тальбота) уже используется в литографии, но он имеет жесткие ограничения: работает только с периодическими решетками и создает много «мусорного» фонового света. Эффект Монтгомери гораздо гибче. Ученые показали, что могут создавать не только точки, но и сложные 3D-структуры из света — например, «пончики» или массивы ловушек.
По словам авторов, новая платформа может найти применение в самых разных областях: от масштабных квантовых компьютеров на нейтральных атомах до микроскопии.
В квантовых компьютерах атомы нужно удерживать на месте лазерными пинцетами. Новый метод позволит создавать трехмерные решетки таких ловушек, размещая кубиты слоями. Обычная оптика на такое не способна. В биологии это открытие позволит сканировать ткани на разной глубине одновременно, не повреждая образцы лишним светом.
Ранее Наука Mail рассказывала, что крошечные световые ловушки помогут масштабировать квантовые компьютеры.
