Физики из Института атомной и субатомной физики Венского технического университета продемонстрировали взаимодействие пары фотонов. Ранее взаимодействие между фотонами наблюдалось только для интенсивного излучения.
Фотоны, представляющие собой кванты электромагнитного излучения, как правило, не взаимодействуют между собой. Взаимодействие возможно при рождении пары частица—античастица или в оптической среде, когда одни фотоны воздействуют на свойства среды, а та, в свою очередь, влияет на другие фотоны. Однако этот эффект возможен лишь при высокой интенсивности светового потока, для огромного числа фотонов.
Австрийским учёным удалось реализовать создать нелинейную оптическую среду на микроуровне и добиться влияния друг на друга всего лишь двух фотонов. Для этого на пути света, движущегося по тонкому оптоволокну, они поместили резонатор, имеющий форму бутылки, который вдвое тоньше человеческого волоса. Из резонатора фотон выходит со сдвигом фазы на величину π.
Ситуация меняется, если связать с резонатором атом рубидия. Он взаимодействует с пришедшим фотоном и исключает его прохождение через резонатор и сдвиг фазы. Однако при поступлении сразу двух фотонов только один из них взаимодействует с атомом рубидия и вызывает его кратковременное насыщение. Второй же проходит через резонатор и меняет фазу. Поскольку два одновременно пришедших фотона с одинаковой поляризацией и одной и той же фазой неразличимы, они представляют собой единую волновую систему. И покидая резонатор, уже оба имеют изменённую фазу и оказываются сцепленными.
Механизм взаимовлияния фотонов является необходимым условием для создания оптических логических устройств и открывает принципиально новые возможности для квантовой оптики. Немаловажным является и то, что система основывается на повсеместно распространённой оптоволоконной технологии, что упрощает интеграцию с существующей инфраструктурой.
