Учёные научились управлять скоростью света — и это не шутка

Учёные научились управлять скоростью света по-разному в зависимости от направления его движения — и это может изменить будущее квантовых технологий и связи.

Команда исследователей из Университета Манитобы (Канада) и Ланьчжоусского университета (Китай) продемонстрировала , что свет можно заставить двигаться быстрее или медленнее в зависимости от направления, в котором он проходит через устройство. Это так называемое нерекурсивное управление фазой света — редкое явление, которого раньше добиться не удавалось. Их работа основана на системе cavity magnonics — гибридной структуре, где микроволновые фотоны взаимодействуют с магнонами, квазичастицами, возникающими из колебаний спинов электронов в магнитных материалах.

Ранее подобные технологии, например электромагнитно-индуцированная прозрачность (EIT), позволяли замедлять свет, но только одинаково в обоих направлениях. А вот идея, что свет в одном направлении идёт быстрее, чем в другом — открывает совершенно новый функционал для устройств, работающих на квантовых эффектах, в том числе в сфере связи, вычислений и сенсоров.

Команда Кань-Мина Ху, которая занимается спинтроникой, ещё в 2019 году научилась направлять сигналы с асимметричной мощностью, но тогда они работали с амплитудой света. В новом исследовании они пошли дальше — и начали манипулировать фазой света, отвечающей за скорость передачи импульса. По словам Ху, теория запрещает такое поведение — законы Крамерса-Кронига предполагают, что если амплитуда одинакова в обе стороны, то и фаза должна быть симметрична. Но эксперимент показал обратное.

Секрет успеха — в использовании магнита из иттриево-железного граната и резонатора, соединённых через микрополосковую линию. За счёт так называемой «хиральности» — направления прецессии спина — система получает дополнительную степень свободы и позволяет управлять направлением и скоростью света. Исследователи ввели микроволновой импульс в систему с двух сторон и зафиксировали, что скорость прохождения импульса существенно отличалась в зависимости от направления.

Это может иметь большое значение для будущих квантовых цепей, нейроморфных процессоров и радиочастотных систем. Пока что достигнутые задержки или ускорения света невелики, но команда планирует улучшить технологию и адаптировать её для реальных задач в области управления светом .