فوتون ها از تنها ترین اجزای دنیای کوانتوم هستند. در همه ی مواد وجود دارند اما معمولا با هم تعاملی ندارند. دانشمندان دانشگاه های MIT و Harvard با بررسی گروه های فوتون که با همدیگر تعامل دارند و به هم می‌چسبند کار خود را شروع کردند. این فوتون ها با چسبیدن به هم می‌توانند نوعی نور عجیب را تولید کنند. این پژوهش در حال حاضر در حد آزمایشگاهی است اما اگر موفقیت آمیز باشد می‌تواند به محققان این اجازه را دهد که بتوانند کامپیوتر های کوانتوم را بسازند.

هنگامی که برخی عناصر مانند هیدروژن و اکسیژن را با هم ترکیب کنید می توانند پیوند های دوگانه و سه گانه ایجاد کنند. نتیجه این فرایند در بیشتر مواقع O2(اکسیژن) و در برخی شرایط O3(اوزون) است. اما اگر دو نور را با هم ترکیب کنید از هم عبور می‌کنند. فوتون ها از یکدیگر می‌گذرند و هیچ واکنشی بین آن ها اتفاق نمی‌افتد. این به آن خاطر است که هیچ گونه جرم یا باری ندارند. اما فوتون ها می توانند به شدت برانگیخته شوند و به فرم اشعه ایکس یا گاما در آیند.

برای جمع شدن فوتون ها در کنار هم دانشمندان روشی جالب را به کار بردند. آن ها پرتو ضعیفی از یک لیزر را به ابری چگال از اتم های ربیدیوم تاباندند. این در شرایط بسیار نزدیک به صفر مطلق انجام گرفت. به جای اینکه بصورت تکی فوتون ها برانگیخته شوند آن ها با هم پیوند برقرار کرده و جفت های دوتایی یا سه تایی را تشکیل دادند. برخی فوتون های بدون وزن هم کمی وزن بدست آوردند. وزن بدست آمده بسیار کمتر از وزن یک الکترون بوده است.

Quantum optics – hand of a researcher adjusting a laser beam in a lab

این فوتون های سنگین شده سرعت خیلی کمتری هم نسبت به حالت عادی خود داشتند. به جای اینکه با سرعت ۱۸۶۰۰۰ مایل بر ثانیه حرکت کنند سرعتشان تا ۱۰۰۰۰۰ بار کاهش یافت.

چگونه این اتفاق افتاد؟

هنگام گذشتن از اتم های ربیدیوم فوتون ها قسمتی از انرژی خود را از دست دادند. اتم های ربیدیوم کنار این فوتون ها به خاطر اثر Rydberg نمی‌توانند خیلی برانگیخته شوند. اتم های اطراف فوتون و خود فوتون یک هیبریدی به نام پولاریتون را تشکیل دادند. هنگامی که فوتون ها از کنار پولاریتون می‌گذشتند برخلاف حالت عادی خود با یکدیگر تعامل برقرار می‌کردند. برخی از آن ها هم پس از عبور از ابر چگال به هم چسبیدند. کل این فرایند ها در یک میلیون ام ثانیه اتفاق افتادند.

این اولین باری نیست که دانشمندان توانسته اند تا فوتون ها را کنار هم بیاورند. برخی از افراد همین تیم تحقیقاتی در سال ۲۰۱۳ توانستند تا فوتون ها را به صورت دوتایی به هم بچسبانند. اما در این آزمایش آن ها توانستند پیوند های سه گانه بین آن ها برقرار کنند.

این پژوهش هنوز کار زیادی دارد اما می‌تواند راه را برای تولید کامپیوتر های کوانتومی باز کند. این کامپیوتر ها با قدرت خارق العاده می‌توانند جای ابر کامپیوتر های کنونی را بگیرند. هرچه بتوان تعداد بیشتری فوتون را به هم چسباند و بین آن ها تعامل برقرار کرد می‌توان اجازه ساخت سیستم های قدرتمند تر را بدهد. در کل دانشمندان امیدوارند تا در آینده ای نزدیک رویای ساخت این کامپیوتر ها را تحقق بخشند.