Учени разбраха как да контролират скоростта на светлината – и това не е шега

Учените са разбрали как да контролират скоростта на светлината по различен начин в зависимост от посоката на движение. Това може да промени бъдещето на квантовите технологии и комуникациите.

Екип от изследователи от Университета в Манитоба (Канада) и Университета в Ланджоу (Китай) демонстрира, че светлината може да бъде накарана да се движи по-бързо или по-бавно в зависимост от посоката, в която преминава през устройството. Този т.нар. нерекурсивен контрол на фазата на светлината е рядко срещано явление, което никога досега не е било постигано. Тяхната работа се основава на системата cavity magnonics – хибридна структура, в която микровълновите фотони взаимодействат с магнони (квазичастици, възникващи от флуктуациите в спиновете на електроните в магнитните материали).

Преди това подобни технологии, като например електромагнитно индуцираната прозрачност (EIT), са били в състояние да забавят светлината, но само еднакво в двете посоки, но идеята, че светлината се движи по-бързо в едната посока, отколкото в другата открива изцяло нова функционалност за устройствата с квантови ефекти, включително в областта на комуникациите, компютрите и сензорите.

Екипът по спинтроника на Кан-Мин Ху се научи как да насочва сигнали с асиметрична мощност още през 2019 година, но тогава те работеха с амплитудата на светлината. В новото изследване те отидоха още по-далеч и започнаха да манипулират фазата на светлината, която отговаря за скоростта, с която се предава импулсът. Според Ху теорията забранява подобно поведение – законите на Крамерс-Крониг предполагат, че ако амплитудата е еднаква в двете посоки, фазата трябва да е симетрична. Експериментът обаче показва обратното.

Тайната на успеха се крие в използването на магнит от итриево-железен гранат и резонатор, свързани чрез микролентова линия.

Благодарение на така наречената „хиралност“ – посоката на прецесия на спина, системата получава допълнителна степен на свобода и позволява да се контролират посоката и скоростта на светлината. Изследователите инжектират микровълнов импулс в системата от двете страни и регистрират, че скоростта на импулса значително се различава в зависимост от посоката.

Това откритие може да има голямо значение за бъдещите квантови схеми, невроморфни процесори и радиочестотни системи. Засега постигнатото забавяне или ускоряване на светлината е малко, но екипът планира да подобри технологията и да я адаптира за реални приложения в контрола на светлината.