Ученым удалось остановить свет на одну минуту

Original author: Sebastian Anthony
  • Translation
Исследователям из университета Дармштадта (Германия) удалось остановить поток света на одну минуту. Свет, как наиболее быстрая материя известная во вселенной (скорость 300.000 км/с) был остановлен внутри кристалла. Таким образом, делается возможным создание, так называемой световой памяти, когда информация, переносимая светом, аккумулируется кристаллом. Помимо того, что само по себе подобное исследование будоражит воображение, оно, с весьма большим успехом, может стать подоплекой для создания квантовых сетей дальнего действия, и может быть, это исследование даст подсказки на то, как можно сделать скорость света больше значения, ограниченного вселенной.



Если обратиться к истории, то в 1999 году ученым удалось снизить скорость света до 17 м/с., а затем, два года спустя, та же группа исследователей полностью остановили свет, но всего лишь на несколько долей секунды. Ранее, в этом году, исследователям из института технологий Джорджии (США) удалось остановить свет на 16 секунд, и теперь, ученые из Дармштадта увеличили этот порог на минуту.

Для остановки света, ученые воспользовались так называемой техникой электромагнитно индуцированной прозрачности (EIT). Они использовали криогенно охлажденный полностью непрозрачный кристалл сплава силиката иттрия и празеодима. Управляемый луч лазера направляется в кристалл, и тем самым, создает сложную реакцию на квантовом уровне, делая кристалл полностью прозрачным. Второй источник света (источник данных/изображения) затем направляется на полностью прозрачный кристал. Затем, управляемый лазер выключается, возвращая кристаллу состояние полной непрозрачности. Это действие не только позволяют заключить свет, переносящий данные в ловушку кристалла, но и позволяют устранить его отражение за счет непрозрачности. Таким образом, свет остановлен.



Из за отсутствия свободы передвижения, энергия фотонов собирается атомами кристалла и данные, переносимые светом, преобразуются в атомные спины (не путать с человеческой спиной). Чтобы освободить свет из кристалла, проводят повторное включение управляемого лазера, делающего кристалл вновь прозрачным и атомные спины выпускаются на фотонах. Эти атомные спины могут сохранять когерентность (целостность данных) в течение минуты, после чего луч света пропадает. В сущности, создание подобных условий позволяет обеспечить хранение и получение данных из световой памяти.

На изображении сверху, Вы можете видеть, как ученые успешно сохранили простое изоображение (три горизонтальные линии) в кристалле на 60 секунд. Представляется возможным хранение данных в кристалле на более длительный период времени в случае использования других химических элементов, как например европий, легированный силикатом иттрия и с использованием специально созданных магнитных полей.

Световая память, обеспечивающая квантовую когерентность (такую как поляризация и квантовая запутанность) является жизненно важным моментом для создания квантовых сетей дальнего действия. Также, как и в случае с обычными электронными маршрутизаторами, квантовые маршрутизаторы должны быть способны сохранять входящие пакеты и затем, переправлять их — то что позволяет осуществить подобное открытие. Более того, существует несколько барьеров для преодоления, перед тем, как получится перейти на квантовый интернет- например, необходимо найти способ когерентно хранить свет, сопровождаемый настолько малым количеством шума, что одиночные фотоны могли бы надежно храниться/быть получены и все это необходимо сделать в условиях комнатной температуры. Криогеника, вполне применима в условиях какого-нибудь центра обработки данных, но весьма трудно представить криогенно охлажденный роутер дома :)
Share post

Similar posts

Comments 93

    –252
    Я не разбираюсь в физике и поэтому не могу определиться что я прочитал.
    Это либо невероятно круто, либо полнейшая жёлтая хрень…
      +252
      Всем нам действительно было необходимо знать ваше компетентное мнение в этом вопросе.
        +25
        Мне нравится, как оценки ваших двух комментариев совпадают по абсолютному значению
          +2
          А мне не нравится, как отличаются оценки моего бестолкового комментария и вот этого замечательного комментария.
            0
            Ниже объяснили, в каких местах этот замечательный комментарий неправ.
            0
            Черт, я нечаянно нарушил баланс. Каюсь…
              0
              Предлагаю теперь голосовать по очереди дабы не пошатнуть баланс вселенной xD
            +73
            В общем, для чайников. Я упрощаю, поэтому воспринимать не буквально.
            Свет — волна в материи вселенной. Как волна на воде. Каждый фотон — волна.
            Электрон — тоже волна, но крутится по кругу, вроде как вибрирует.
            Волна (свет) касается электрона, тот поглощает её и начинает крутиться быстрее.
            Через некоторое время электрон выпускает волну, и крутится медленнее, волна катится дальше.
            Спин — это угловая скорость вращения такой волны.

            Еще упростив, представим волну в океане. Вон она летит, и врезается в водяную мельницу. Волна полностью гасится, колесо мельницы подпрыгивает в воздух и там свободно крутится некоторое время. Волн на воде нет. Затем колесо опускают в воду, и оно пускает волну дальше, а само крутится медленнее.
            Вот как-то так.
              +20
              Про колесо, взлетающее в воздух, получилось очень наглядно!
                +2
                Свет — волна в материи вселенной.

                Первая мысль — при чем тут эфир?

                А вообще, это не остановка света, это именно память. Волновой фронт же внутри кристалла погибает.
                Та же голограмма Габора тоже позволяет восстановить падавший на неё свет. Только для неё нужна внешняя опорная волна, здесь же необходимая для восстановления энергия уже «впаяна» в память.
                  +6
                  Согласен. Это не остановка света, это крайне упрощенная система: источник данных->фотодетектор->ПЗУ->таймер->«лампочка»
                  0
                  «Свет — волна в материи вселенной»

                  Вакуум это материя?
                    +2
                    Электрическое и магнитное поля это материя. Свет — это волна в этих полях.
                    +8
                    Вам надо сделать на этом карьеру. «Переводчик статьей для чайников»
                  0
                  Лазер сам является источником света, так что то не совсем понятно о каком именно зафиксированном свете может идти речь.
                    +2
                    Речь о том, что свет «сохранялся» в кристалле в течение одной минуты без внешних источников. Как ячейка памяти.
                      0
                      Так он сохранился или «сохранился» всё-таки в кавычках? То есть при получении информации мы получаем тот же самый свет или заново сгенерированный?
                        0
                        Сохранился. Я кавычки поставил, потому что слово немного неподходящее.
                      0
                      Очевидно, что сохранялась информация, передаваемая этим светом, точность формулировок в такого рода статьях не предусмотрена.
                      +11
                      Новое рождение памяти на линиях задержки.
                        –2
                        Добавьте пожалуйста ссылку на оригинальную публикацию в статью для тех кого заинтересовали подробности…
                          +20
                          Все оформлено по стандартам перевода на Хабре
                            +6
                            прошу прощения за свою невнимательность…
                          +7
                          Видео про это открытие, правда, на английском:

                            +22
                            по описанию я бы сказал, что свет таки не остановился. Светим лазером, происходит поглощение фотонов и фотовозбуждение атомов кристалла. Потом посветили ее раз — и сняли фотовозбуждение. Т.е. формально, это не один и тот же луч света, хотя имеет одинаковые длины волн, когерентность.
                            Значимое в данном исследовании сам кристалл, который способен менять оптическую плотность (?) и удерживать фотовозбуждение за счет передачи его с одного атома на другой (??), т.к. удаление за пределы кристалла невозможно из за полного внутреннего отражения (???)

                            PS в скобочках вопросики подразумевают, что у меня возможен бред ;)
                            PPS если конечно журналисты че т не приукрасили

                            PPS сама статья
                            • UFO just landed and posted this here
                                +2
                                Это квантовый мир. И ваше «формально» тут не работает. Если «вылетевший» фотон имеет абсолютно идентичное квантовое состояние с «первоначальным», то это тот самый фотон. Звучит возможно безумно, но так оно и есть.
                                  0
                                  Вылетевший фотон не может быть идентичным со влетевшим, по теореме о запрете клонирования.
                                    +2
                                    Именно об этом я и говорю. Клонирование не возможно, поэтому если вылетевший фотон имеет такое же состояние, то это тот же самый фотон.
                                    Почитайте про квантовую телепортацию например. В опытах исходный атом сам по себе не телепортируется, а телепортируется его состояние посредством фотона.
                                      0
                                      Я не уверен, что в данном случае это справедливо. То есть, если фотон поглощен — произошло разрушение состояния, в котором он пребывал. Если он был запутан с чем-то еще, то и это состояние разрушается. После того, как он переизлучается — это состояние уже более не то самое состояние. Поэтому данный случай не имеет ничего общего с квантовой памятью.

                                      Квантовая телепортация — это вообще о другом.
                                        +1
                                        Я не ученый, чтобы спорить с вами на такие темы. В статье написано:
                                        >> Световая память, обеспечивающая квантовую когерентность (такую как поляризация и квантовая запутанность) является жизненно важным моментом для создания квантовых сетей дальнего действия. Также, как и в случае с обычными электронными маршрутизаторами, квантовые маршрутизаторы должны быть способны сохранять входящие пакеты и затем, переправлять их — то что позволяет осуществить подобное открытие.

                                        Или я таки прав или в статье врут. Вот всё что я могу вам сказать.
                                          0
                                          Я могу ошибаться (бывает, что уж), но в данном случае я бы сказал, что статья не совсем соответствует истине. Тем более, что в оригинале я не нашел слов про квантовые свойства вообще. Кроме того, если бы это действительно имело что-то общее с квантовой памятью — это было бы напечатано в nature, как мининимум=)
                                          Так это — занятное упражнения в классическом мире.
                                            +1
                                            почитайте еще разок physics.aps.org/featured-article-pdf/10.1103/PhysRevLett.111.033601

                                            вкратце:
                                            Ехал квантум через квантум,
                                            Видит квантум квантум в квантум и т.д. :)

                                            Я кстати, еще не читал, просто пробежался. Вы заставили меня засомневаться, сяду пожалуй внимательно прочитаю, что там написали, вдруг действительно ерунда.
                                              +1
                                              Так, я признаю, был неправ. Мой комментарий заставил и меня поглубже вчитаться в статью. К сожалению, понимания того, как это происходит у меня не прибавилось, но авторы сами говорят о возможности создания квантовой памяти на базе этих устройств.

                                              Буду разбираться подробнее.
                                                +2
                                                В общем, понятно, почему статья «только» в prl — ничего инновационного нет, просто новый алгоритм. К сожалению, в самой статье ничего не сказано о том, как тут реализуется что с точки зрения квантовой информации.

                                                Поиск по другим статьям подтвердил справедливость сказанного вами и мою неправоту. Эта статья (вот на архиве) особенно хороша, в ней нормально описана теория происходящего.

                                                Каюсь в своей поспешности с комментариями и нежелании думать:)
                                                  0
                                                  На самом деле, на мой взгляд, здесь основной акцент делается не столько на факте остановки света, каким бы мнительным он не казался, сколько на факте обеспечения квантовой когерентности с помощью подобной модели световой памяти.
                                                    0
                                                    Да-да, абсолютно справедливо. Правда, создание когерентности через EIT — это, как я написал уже выше, известное дело (оказалось). Так что данная работа интересна временем сохранения этой когерентности.
                                  –14
                                  Mithgol, перелогиньтесь.
                                    +10
                                    А вот обратились бы к alizar'у, авось и пару плюсов схлопотали бы.
                                      –7
                                      А пофиг, Хабр уже давно не торт.
                                    +3
                                    Вот тут более подробно на русском языке изложен принцип действия подобных систем… Там не внутреннее отражение, а сохранение энергии в виде резонансных колебаний.
                                    после выключения полей, действующих на систему, их биения — то есть разность частот — продолжают существовать в виде осциллирующей поляризации среды. Волны выключены, но среда помнит, что в ней происходило, а именно — помнит «разность частот» в виде колебаний своего свойства, поляризации.
                                      +4
                                      Магические кристаллы близко о_О
                                        +22
                                        Почитайте Боба Шоу «Свет былого»
                                        Аннотация
                                        Медленное стекло: чтобы пройти через лист, свету требуется большой срок (внутри фотоны как бы движутся по спирали). Если лист такого стекла подержать какое-то время у озера или в парке, а затем вставить в окно городской квартиры, то создается полная иллюзия берега озера. Толщина стекла определяется, во-первых, годами, то есть сколько лет оно впитывало изображение, столько оно и будет его давать: а во-вторых, фазой – т.е. степенью совпадения времени года, дня и ночи в стекле и в реальном мире (это зависит от реальной толщины стекла).

                                        © С.Литвин
                                          +5
                                          С тех пор человечество значительно продвинулось в этом вопросе
                                          +8
                                          А ведь еще недавно фантастика. Боб Шоу. Свет былого.
                                            +1
                                            Где-то я это уже слышал)))
                                              0
                                              На момент открытия комментария не было. Пока решал что делать, истекло время редактирования.
                                            0
                                            Круто, условия для протокола практически созданы!
                                            • UFO just landed and posted this here
                                                +3
                                                И вот раньше это казалось такой ересью…
                                                0
                                                с какой скоростью будет двигаться фотон, выпущенный из пушки, движущейся со скоростью света? о_О
                                                  +6
                                                  Со скоростью «c» относительно движущейся пушки. А относительно неподвижного наблюдателя… тоже со скоростью «c».
                                                    0
                                                    а если наблюдателя выпустить со скоростью «с» в движущийся со скоростью «с» фотон, они будут сближаться со скоростью 2с?
                                                      0
                                                      в лабораторной СО — да
                                                        +2
                                                        — а если наблюдателя выпустить со скоростью «с»
                                                        Для этого вам нужны батарейки Duracell Infinum, со строго бесконечной энергией.
                                                          +4
                                                          Относительно неподвижного наблюдателя сближаться они будут со скоростью , двигаться со скоростью c.
                                                          Относительно же друг друга они будут двигаться со скоростью с из-за замедления времени.
                                                          –4
                                                          Ну раз уж такая пьянка пошла.
                                                          Есть объект «А» и объект «Б», они оба движутся со скоростью света по направлению друг к другу…
                                                          То относительно точки «Б», точка «А» будет двигаться со сверхсветовой скоростью?(2с)
                                                        0
                                                        Вы, никак, на 0 собрались поделить? В нашей вселенной это, знаете ли, не очень поощряется :)
                                                          +2
                                                          Если что, это был намек на преобразования Лоренца в СТО. Правда, похоже, понятный только мне :(
                                                            –1
                                                            А я вот без проблем делю на ноль и получается, получается вполне логичная ∞
                                                              +1
                                                              Прямо всегда-всегда? ^_^ А 0/0 — что получится? Или ∞/0?
                                                              Вообще деление на 0 — не такая однозначная процедура, и по сути является абстракцией при работе с бесконечно малыми, как собственно и ∞.

                                                              Но мой комментарий не про математику, а про то, что пушку еще нужно разогнать до скорости света, и вообще говоря масса ее при этом будет равна той самой ∞, а для этого нужно ∞ количество энергии, как справедливо заметил камрад в комментарии выше.
                                                                0
                                                                Так какой самый логичный/правильный ответ при деление 0 на 0?
                                                                По идее x/x =1,
                                                                но x/0 = ∞
                                                                  +3
                                                                  Самый правильный ответ — неопределенность. 0 на 0 не делят=) Да и вообще, операция деления на ноль не определена. В пределе, конечно, x/0 — бесконечность, но это только в пределе.
                                                                    –5
                                                                    Бывает так, что в программирование, в сыром и не продуманном варианте, есть формула вида x/z = y. С самого начала обычно забываешь про деление 0 на 0(x/x) и ожидаешь получить 1. В результате ловишь эпикфейлы в неожиданных местах и ковыряешься в поисках ошибки, которой по сути нет. Решил что самое простой выход — выдавать 0.

                                                                    P.S. Меня учили в 5 лет делению на пальцах, до сих пор так и считаю, и деление на 0 получается очень легко без заморочек возможности деления.
                                                                      +3
                                                                      Давайте проясним ситуацию.

                                                                      Во-первых забудем про предельные величины, бесконечности и все связанное с ними, т.е. будем рассматривать деление с чисто алгебраической точки зрения.

                                                                      В алгебре, деление определяется через обратный элемент. Т.е. условно: если есть действительное число a, то обратным к нему элементом будет A, такой что a * A = A * a = 1. Тогда деление b / a, это просто умножение на обратный элемент b * A. Но если a = 0, то такого A просто не существует, т.е. операция деления на 0 не определена.

                                                                      Теперь, откуда там берется эта самая бесконечность. Тут вмешивается математический анализ со своими предельными величинами, и у людей в голове бывает все путается. Но суть в том, что даже тут деление на 0 все так же неопределено, а все эти бесконечности получаются при взаимодействии предельных величин.

                                                                      Например:

                                                                      1) Если у нас есть частное c = 1/x и x -> 0, то чем ближе x к нулю, тем больше c, и понятно, что с будет все возрастать и возрастать с приближением x к нулю, т.е. c будет бесконечно большой величиной. Тут-то и появляется эта самая ∞.

                                                                      2) Пусть теперь имеем с = (1/2 * x) / (2*x), x -> 0. Тут, 1/2 * x стремится к 0, при x -> 0; 2*x тоже стремится к 0, при x -> 0, и вроде бы у нас получается неопределенность 0/0. Но это не так, фактически мы имеем тут отношение двух бесконечно малых величин (в пределе равных нулю), но эти бесконечно малые, что называется, одного порядка малости и
                                                                      lim_{x -> 0} (1/2*x)/(2*x) = 1/4,
                                                                      т.е. данная неопределенность раскрылась в обычное конечное действительное число.

                                                                      3) Пусть теперь с = x^2/(2*x), x -> 0. Тут, как и в пункте 2) имеет место неопределенность 0/0, однако отличие в том, что x^2 стремится к нулю гораздо быстрее, чем 2*x, т.е. это величина большего порядка малости, и
                                                                      lim_{x -> 0} x^2/(2*x) = 0,
                                                                      т.е. в данном случае 0/0 у нас, грубо говоря, равен 0.

                                                                      Но все это только с точки зрения предельных величин — частное от деления на обычный 0, как было, так и остается неопределенным.

                                                                      P.S. Прощу прощения у профессионалов, возможно читающих данный комментарий, за не совсем идеологически верные примеры и серьезное упрощение — сложно в таком объеме строго прояснить данный вопрос.
                                                                      0
                                                                      Самый самый правильный — сингулярность =Р
                                                            +1
                                                            Вспоминается миссия из Космических Рейнджеров, в которой фэянские учёные заморозили луч света в куске льда, а персонажу предлагалось этот кусок доставить на какую-то планету. В игре это событие происходило после 3100 года, а у нас — уже сейчас… Да уж, действительно, будущее здесь.
                                                              0
                                                              И это я уже где-то тоже слышал))))
                                                              +1
                                                              >> ученые успешно сохранили простое изоображение (три горизонтальные линии) в кристалле на 60 секунд.
                                                              сколько это в байтах?
                                                                0
                                                                5 бит хватит: 10101
                                                                • UFO just landed and posted this here
                                                                    0
                                                                    Да и 3 хватит, причём любых, главное, чтобы глубина цвета была 1 бит на пиксель и stride был 1 бит.
                                                                      0
                                                                      Да тут довольно спорный вопрос, если считывать информацию как снимок(картинку) — то явно не 3 бита.
                                                                      Зависит от того как информацию интерпретировать будут.
                                                                    0
                                                                    Иногда даже 2 линии это уже целая жизнь.
                                                                      0
                                                                      подтвердите что вы не бот
                                                                        0
                                                                        Боты не поймут глубины шутки про 2 линии.
                                                                          0
                                                                          я тоже сначала не понял… наверное я бот…
                                                                    0
                                                                    Вспоминается Боб Шоу — Свет былого.
                                                                      +7
                                                                      Я смотрю, все вспоминают «Свет былого», но что-то не все вспоминают про CTRL+F.
                                                                        0
                                                                        Виноват, перед тем как начать щелкать по кнопонькам пробежался поиском по теме :) Видимо, некто в тот же момент был занят тем же, но печатает быстрее меня :)
                                                                        Вообще был не прав :) Странно все это, не заметил…
                                                                      +2
                                                                      Не мог понять, как это остановить свет на «доли секунды», на 16 секунд, на минуту. Почему вот на минуту можно, а на 65 секунд уже нельзя?

                                                                      Картинка кое-что прояснила, попробую изложить свои домыслы по этому поводу. На самом деле, конечно, свет не замирает «ровно на минуту», просто с некоторой скоростью (зависящей от условий эксперимента) происходит деградация состояния среды, которая «запомнила» воздействие, — чем дольше ждем, тем больше портится информация, и меньше шансов восстановить ее. Судя по графику, происходит диссипация полезной (несущей информацию) энергии в тепловой шум с примерно экспоненциальной скоростью. Полагаю, что в основе этого процесса лежит квантовая декогеренция, которая за время t не происходит с вероятностью, выражаемой грубо как exp(-at).
                                                                        0
                                                                        оригинал в PRL
                                                                        physics.aps.org/featured-article-pdf/10.1103/PhysRevLett.111.033601

                                                                        прошу прощения, ссылку уже давал arcan1s, но у него это в длинной ветке и в post post scriptum (наверное, я поэтому не заметил)
                                                                          0
                                                                          Ну, вот про квантовые сети — не стоит.
                                                                          Там важна когерентность не частот, а состояний, чего здесь и близко нет, если я правильно понял статью.
                                                                          Для передачи квантовой информации нужна квантовая память, до создания которой нам еще далеко.
                                                                            0
                                                                            Был неправ, выше комментарий с пояснениями.
                                                                            0
                                                                            Остановить свет в принципе и сделать его скорость ничтожно малой — все же разные вещи, не так ли? Может не стоит все в одну кучу валить, а объяснить просто и правильно?!
                                                                              0
                                                                              Я охотно верю, но всё равно в голове не укладывается — как это возможно.
                                                                              Более всего интересно: как это выглядит?
                                                                                0
                                                                                Ну по сравнению с тем что говорили нам в школе — это кажется невероятным.
                                                                                И если вы это увидите(в прямом смысле), то попортите всю информацию)
                                                                                  0
                                                                                  Ставим вертяк, подключаем к нему аккумулятор. Ветер дует, ветряк заряжает аккумулятор.
                                                                                  Через день подключаем аккумулятор к вентилятору, вентилятор дует — кричим на весь свет: «урааа, мы остановили ветер.
                                                                                  Суть такова.
                                                                                    0
                                                                                    Спасибо.
                                                                                    Наглядно :)
                                                                                  +3
                                                                                  sv_cheats 1
                                                                                  sv_lighspeed 10
                                                                                    +1
                                                                                    sv_gravity infinity
                                                                                    0
                                                                                    А фонарик получится сделать на такой технологии?

                                                                                    Only users with full accounts can post comments. Log in, please.