Hvad hvis vi kunne lære fotoner at opføre sig som elektroner?

At udvikle futuristiske teknologier som kvantecomputere, videnskabsmænd bliver nødt til at finde måder at kontrollere fotoner på, de grundlæggende lyspartikler, lige så præcist som de allerede kan kontrollere elektroner, de grundlæggende partikler i elektronisk databehandling. Desværre, fotoner er langt sværere at manipulere end elektroner, som reagerer på kræfter så simple som den slags magnetisme, som selv børn forstår.

Men nu, for første gang, et Stanford-ledet hold har skabt en pseudomagnetisk kraft, der præcist kan kontrollere fotoner. På kort sigt, denne kontrolmekanisme kunne bruges til at sende flere internetdata gennem fiberoptiske kabler. I fremtiden, denne opdagelse kunne føre til skabelsen af ​​lysbaserede chips, der ville levere langt større beregningskraft end elektroniske chips. "Det, vi har gjort, er så nyt, at mulighederne kun lige er begyndt at materialisere sig, " sagde postdoc Avik Dutt, første forfatter til en artikel, der beskriver opdagelsen i Videnskab .

I det væsentlige, forskerne narrede fotonerne - som i sig selv er ikke-magnetiske - til at opføre sig som ladede elektroner. De opnåede dette ved at sende fotonerne gennem omhyggeligt designede labyrinter på en måde, der fik lyspartiklerne til at opføre sig, som om de blev påvirket af, hvad forskerne kaldte et "syntetisk" eller "kunstigt" magnetfelt.

"Vi designede strukturer, der skabte magnetiske kræfter, der var i stand til at skubbe fotoner på forudsigelige og nyttige måder, " sagde Shanhui Fan, en professor i elektroteknik og seniorforsker bag forskningsindsatsen.

Selvom det stadig er på forsøgsstadiet, disse strukturer repræsenterer et fremskridt i forhold til den eksisterende databehandlingsmåde. Lagring af information handler om at kontrollere de variable tilstande af partikler, og i dag, videnskabsmænd gør det ved at tænde og slukke for elektroner i en chip for at skabe digitale nuller og enere. En chip, der bruger magnetisme til at styre samspillet mellem fotonens farve (eller energiniveau) og spin (uanset om den bevæger sig i urets eller mod urets retning) skaber flere variable tilstande, end det er muligt med simple on-off elektroner. Disse muligheder vil gøre det muligt for forskere at behandle, lagre og transmittere langt flere data på foton-baserede enheder, end det er muligt med elektroniske chips i dag.

For at bringe fotoner ind i den nærhed, der kræves for at skabe disse magnetiske effekter, Stanford-forskerne brugte lasere, fiberoptiske kabler og andet hyldevare videnskabeligt udstyr. At bygge disse bordpladestrukturer gjorde det muligt for forskerne at udlede designprincipperne bag de effekter, de opdagede. Til sidst bliver de nødt til at skabe nanoskalastrukturer, der inkorporerer de samme principper for at bygge chippen. I mellemtiden, siger Fan, "Vi har fundet en forholdsvis enkel ny mekanisme til at styre lyset, og det er spændende."