Физики впервые добились бесконечной фазовой скорости света внутри чипа

РИА Новости. Ученые из Гарварда создали необычный метаматериал с нулевым коэффициентом преломления, благодаря чему один из компонентов световых волн будет двигаться в чипах, изготовленных из этого материала, с бесконечно высокой скоростью, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature Photonics.

Так художник представил себе чип на базе метаматериала
с нулевым коэффициентом преломления, созданный в Гарварде
© Фото: Peter Allen, Harvard SEAS

«Созданию световых чипов мешает то, что кремниевые волноводы плохо удерживают в себе свет и пропускают часть него через стенки. Наш метаматериал с нулевым коэффициентом преломления решает эту проблему благодаря бесконечно высокой фазовой скорости света», — заявил Ян Ли (Yang Li) из Гарвардского университета (США).

По словам Ли, группе гарвардских физиков под руководством Эрика Мазура (Eric Mazur) удалось создать первый в мире материал, который не только обладает нулевым коэффициентом преломления, но и при этом пригоден к интеграции в будущие световые и квантовые чипы.

В последние годы физики выяснили, что особые конструкции, собранные из кусочков различных материалов, могут обладать экзотическими оптическими свойствами, в том числе отрицательным и даже нулевым коэффициентом преломления.

Последние меняют свет таким образом, что длина его волны становится бесконечной, фазовая скорость тоже вырастает до бесконечности, благодаря чему луч будет проходить через такой метаматериал так, как будто его просто не существует или как будто он идет через абсолютный вакуум. Как объясняют физики, свет перестает в таком случае вести себя как волна, и манера его движения зависит только от момента времени, а не места, где он находится.

Подобное свойство крайне интересно ученым, создающим квантовые и оптические компьютеры, так как материал с нулевым коэффициентом преломления будет идеальным каналом связи, защищенным от всех видов воздействий, способных разрушить спутанность кубитов или внести помехи в световой сигнал.

Проблема заключается в том, что существующие образцы подобных материалов или принципиально непригодны для использования в микроэлектронике, или их невозможно было уменьшить до тех размеров, которыми сегодня обладают транзисторы или уже существующие кубиты.

Мазур и его коллеги смогли решить эту проблему, экспериментируя с особыми метаматериалами, которые они изготовляли из кремниевых столбиков, особой полимерной «заливки» и тонких пленок золотой фольги. Собрав из них некое подобие шипастого «коврика», ученым удалось добиться того, чтобы свет двигался через него, не преломляясь, тем самым продемонстрировав наличие у него нулевого коэффициента преломления.

Следует подчеркнуть, что свет в подобной структуре на самом деле не движется быстрее скорости света — бесконечной скоростью обладает только один его компонент — фаза. Ее нельзя использовать для сверхсветовой передачи данных, что «спасает» теорию относительности Эйнштейна и прочие фундаментальные законы физики.

Но, как объясняют физики, подобный материал можно использовать, помимо передачи информации в квантовых и оптических чипах, для того, чтобы сжимать и поворачивать свет, расширять или сужать диаметр его луча, не теряя энергии, и исполнять ряд других оптических трюков, недоступных другим метаматериалам.

Источник: РИА Новости