Прорив у фотоніці. Науковці змусили світло повторити відомий квантовий ефект, за вивчення якого були присуджені три Нобелівські премії

Це явище є оптичним аналогом знаменитого квантового ефекту Холла, за вивчення якого у різні роки було присуджено три Нобелівські премії. Результати роботи, опубліковані в журналі Physical Review X, відкривають нові горизонти для метрології та квантових обчислень.

Читайте также: На рухомій роботизованій руці. Honor представила Robot Phone з 200-МП камерою

Класичний ефект Холла, відкритий наприкінці XIX століття, спостерігається у провідниках, коли під дією магнітного поля електрони відхиляються до одного з країв матеріалу, створюючи різницю напруг. У 1980-х роках фізики виявили, що у надтонких матеріалах(товщиною в лічені нанометри) за умов наднизьких температур ця напруга зростає не плавно, а чіткими ступенями — «плато». Ці значення є універсальними та залежать лише від фундаментальних констант: заряду електрона та сталої Планка.

Донедавна вважалося, що відтворити цей ефект за допомогою світла майже неможливо. На відміну від електронів, фотони не мають електричного заряду, а отже, не реагують на магнітні поля. Проте завдяки передовим методам експериментальної інженерії вченим вдалося змусити світло поводитися квантованим чином, дотримуючись тих самих універсальних ступенів, що й електрони.

Професор фізики Монреальського університету Філіп Сент-Жан зазначає, що це досягнення має колосальне значення для метрології — науки про точні вимірювання. Наразі квантовий ефект Холла є основою для визначення еталона маси(кілограма) через електричний опір. Створення оптичного стандарту дозволить країнам мати ще більш точні та стабільні інструменти калібрування, що не залежать від фізичних об’єктів.

Читайте также: Жива історія. Ірландські дикі кози виявилися справжніми реліктами бронзового віку

Окрім точності вимірювань, контроль над квантованими потоками світла може стати фундаментом для розробки стійких фотонних комп’ютерів. Оскільки світлові системи менш схильні до енергетичних втрат на великих відстанях порівняно з електронними, це може призвести до створення більш енергоефективних та потужних пристроїв обробки інформації. Навіть найменші відхилення від ідеального квантування, за словами вчених, можуть бути використані для створення надчутливих датчиків нового покоління, здатних фіксувати мікроскопічні зміни у навколишньому середовищі.