Бумеранги из света: Ученые открыли квантовое обратное течение в двух измерениях

Ученые из Физического факультета Варшавского университета продвинулись в наблюдении уникального явления, известного как квантовое обратное течение , в двухмерном пространстве. Исследователи организовали суперпозицию двух световых лучей, закрученных по часовой стрелке, что создало витки в противоположном направлении в темных областях результирующей суперпозиции.

Богнишиха Гхош, аспирантка факультета, сравнила этот эффект с бумерангом: обычно ожидается, что движущийся объект будет продолжать движение в том же направлении. Но в квантовой механике все иначе. Объекты могут находиться в суперпозиции, что позволяет частице одновременно занимать две или более позиций.

Это явление, называемое обратным течением, до сих пор не наблюдалось в квантовых системах, но успешно демонстрировалось в классической оптике. Теоретические работы Якира Ахаронова, Майкла В. Берри и Санду Попеску исследовали связь между обратным течением в квантовой механике и аномальным поведением оптических волн.

Доктор Радек Лапкевич из Квантовой лаборатории изображений и его группа продемонстрировали это явление в одном измерении, используя простое вмешательство двух лучей. А недавно исследователи показали эффект обратного течения и в двух измерениях.

Для наблюдения этого феномена исследователи использовали датчик волнового фронта Шака-Хартмана. Эта система, состоящая из массива микролинз перед датчиком CMOS, обеспечивает высокую чувствительность для двумерных пространственных измерений.

Стоит отметить, что световые лучи с азимутальной (спиральной) фазовой зависимостью, несущие орбитальный угловой момент, были впервые получены экспериментально в 1993 году Марко Бейерсбергеном и другими с помощью цилиндрических линз. С тех пор они нашли применение во многих областях, включая оптическую микроскопию и оптические пинцеты.

Интересной иллюстрацией мощи суперосцилляций является работа Майкла Берри "Быстрее Фурье", где он показал, что теоретически возможно воспроизвести Девятую симфонию Бетховена, используя только звуковые волны с частотами ниже 1 Герца.

Эти открытия могут оказать значительное влияние на приложения, связанные с взаимодействием света и вещества, такие как оптическая ловушка или создание сверхточных атомных часов. Кроме того, публикация группы из Физического факультета Варшавского университета является шагом к наблюдению квантового обратного течения в двух измерениях, что теоретически считается более устойчивым, чем одномерное обратное течение.