Ученые из Массачусетского технологического института (MIT) недавно представили новый метод воздействия на случайные энергетические флуктуации в вакууме. Исследователи использовали внешнее электромагнитное поле для манипулирования этими флуктуациями и измерения взаимодействия. Результаты исследования могут найти применение в области датчиков и вероятностных оптических вычислений.
Согласно принципу неопределенности Гейзенберга, вакуум никогда не может быть полностью лишен энергии. В нем существуют случайные колебания электрического поля, известные как флуктуации. Обычно эти флуктуации слишком малы для наблюдения, но в определенных условиях они могут приобрести определенное значение.
В прошлом году физики-теоретики из Йельского университета использовали эти флуктуации для создания генератора случайных чисел на основе многомодового лазера. Они смогли описать непредсказуемость и биения, возникающие от взаимодействия мод, и использовать их для улавливания квантовых флуктуаций.
Однако исследователи из MIT пошли еще дальше. Они применили внешний сигнал для взаимодействия с квантовыми флуктуациями и измерили эффект. Их эксперимент включал использование фотонов от лазера для генерации возбужденных состояний в кристалле ниобата лития, что приводило к появлению двух фотонов вдвое меньшей энергии. Фаза этих фотонов полностью случайна, так как они порождаются вакуумными флуктуациями. Однако, благодаря взаимодействию фотонов в резонаторе, система выбирала одну из двух возможных фаз.
Исследователи обнаружили, что при приложении импульсов ослабленного электромагнитного поля, порядка вакуумных флуктуаций, можно изменять вероятность выбора системой определенного состояния. При большем внешнем воздействии система неизменно выбирала одно и то же состояние. Это открывает возможности для использования этой системы в вероятностных вычислениях и как чувствительного сенсора для слабых электрических полей.
Команда исследователей из MIT планирует объединить множество таких "p-битов" в "p-компьютер", который будет использовать фотонные вычисления. Во многих научных областях необходимо учитывать неопределенность, и использование фотонных вычислительных блоков может быть весьма полезным.
Исследования ученых из MIT представляют большой интерес, так как они открывают новые возможности в области генерации и использования случайных чисел, а также в разработке более чувствительных сенсорных систем.