Ученые открыли необычные свойства света во времени

Ученые из Университета Восточной Финляндии изучили, как фотоны взаимодействуют с границами, где свойства материалов меняются со временем. Это открытие может значительно повлиять на развитие квантовых технологий и заложить основы для новой области исследований — четырехмерной квантовой оптики. Работа опубликована в журнале Physical Review Research (PRR).

Четырехмерная оптика изучает рассеяние света на структурах, изменяющихся как в пространстве, так и во времени. Она открывает перспективы для создания передовых микроволновых и оптических технологий, таких как преобразование частоты, усиление сигналов, управление поляризацией и асимметрическое рассеяние. Это направление активно развивается и привлекает внимание ученых по всему миру.

Предыдущие исследования уже показали, что временные изменения оптических характеристик материалов могут значительно влиять на взаимодействие света с двумерными структурами. Теперь команда ученых впервые применила эти принципы к квантовой оптике. Ученые изучили взаимодействие квантового света с материалом, чьи свойства резко изменяются во времени, формируя временной интерфейс, аналогичный границе между воздухом и водой, но во временном измерении.

Результаты исследования выявили ряд необычных эффектов, включая создание и аннигиляцию пар фотонов, генерацию вакуумного состояния и «замораживание» квантовых состояний. Эти явления могут найти применение в квантовых вычислениях и коммуникациях.

Доктор Мирмооса, ведущий автор исследования, отмечает, что четырехмерная квантовая оптика находится в самом начале своего пути. В будущем ученые планируют исследовать взаимодействие квантового света с периодически изменяющимися во времени структурами, известными как фотонные временные кристаллы. Они также хотят учитывать дисперсию — эффект, при котором реакция материала запаздывает относительно внешнего воздействия. Это может привести к новым возможностям управления квантовыми состояниями света и еще большему прогрессу в области квантовой оптики.