entrevistador: como você se interessou pela física?

LENE: bem, eu acho que meu primeiro interesse foi em algum sentido em matemática que remonta, eu acho, ao primeiro ano e eu tive um excelente professor de matemática. Eu acho que ter um grande professor que realmente te deixa interessado em um assunto é super, super importante.

então, quando entrei na Universidade, acabei estudando matemática e física e inicialmente em meus estudos pensei que me tornaria um matemático até que comecei a aprender sobre mecânica quântica. Isso mudou o meu interesse. Achei a mecânica quântica absolutamente fascinante.Entrevistador: o que achou da mecânica quântica tão convincente?

LENE: há fenômenos muito não intuitivos na mecânica quântica que são como estranhos. É como se a natureza se comportasse assim? Então havia também que eu tinha esse interesse em matemática e o fato de que você pode Meio que usar ferramentas matemáticas para descobrir quais os níveis de energia permitidos para um elétron em um átomo de hidrogênio, por exemplo.Isto parece matemática pura. A natureza pode comportar-se assim? Isso não parece ser bem possível, mas ainda há experimentos como olhar para o espectro, por exemplo, o espectro de radiação, o tipo de luz que o hidrogênio vai enviar. Isso parecia realmente indicar que tinha de haver algo nestas ideias.Assim, apesar de parecer matemática pura, parecia que a natureza realmente se comportava assim. E depois havia estes fenómenos loucos e não intuitivos. Sabemos que em cada ponto do tempo uma partícula tem uma precisão particular e uma velocidade particular, mas agora estamos começando a ter essa ideia de que talvez a partícula seja um feixe de luz tipo onda e pode estar aqui ou pode realmente estar lá e é de fato de ambos os lugares ao mesmo tempo. Que eu pensava que era tipo, Uau, isso é incrível.Entrevistador: existe uma maneira simples de explicar como parar a luz?

LENE: bem, basicamente, eu acho a luz absolutamente fascinante e não há nada que vá mais rápido do que a luz e a luz viaja quase 200.000 milhas por segundo. Isso é muito desconcertante e realmente não há nada que vá mais rápido que a luz. Se você começar a enviar luz através de uma janela—um pedaço de vidro, vidro tem um índice de refração, e isso tenderá a retardar a luz apenas um pouco.

toda a ideia de um índice de refração é a ideia por que as lentes funcionam, por que os óculos funcionam, que você tem um índice de refração para materiais. No vidro é um pouco mais alto do que no espaço livre, no vácuo ou no ar. Então, basicamente o que acontece é que quando nós enviamos luz através de um pedaço de vidro, haverá um monte de elétrons e moléculas na composição do vidro e o que o feixe de luz faz é começar a colocar esses elétrons em vibrações.

agora, o facto destes electrões estarem a entrar em vibrações, eles próprios irradiam um pouco de luz porque vão começar a agir como pequenas antenas. A luz que eles meio que enviam para fora irá adicionar juntamente com a luz que você envia para a janela, de modo que o principal efeito de tudo isso será que a luz abranda um pouco quando passa por um pedaço de vidro em cerca de 30 por cento ou mais, não muito.Então, em nosso laboratório começamos a ter essas idéias que talvez possamos começar a ter luz para ir muito devagar, tão devagar que você pode vencê-la em uma bicicleta. Toda essa idéia sempre me fascinou totalmente porque, novamente, não há nada que vá mais rápido do que a luz e se você pode de alguma forma controlá-la, domá-la, na medida em que você pode colocá-la em uma escala humana para que você possa vencê-la em uma bicicleta, eu só que isso é fantástico.Entrevistador: então você está parando a luz aumentando o índice de refração?

LENE: se você começar a aumentar este índice de refração cada vez mais para retardar a luz, no meio o que vai acontecer é que você vai refletir toda a luz fora do meio antes mesmo de entrar. O que você vai fazer dessa forma é apenas criar o melhor espelho do mundo. Não é particularmente interessante, então temos que fazer algo totalmente diferente e na verdade não criamos um índice de refração muito grande. Isso é confuso para muita gente porque acham que é isso que fazemos.

em vidro você parcialmente desacelera um pouco porque o índice de refração é um pouco maior do que o que é no espaço livre, e isso significa que você também reflete a luz do meio antes mesmo de chegar lá. Em cima disso, você também tem de absorção da luz no meio e o que isso significa é que a quantidade de luz que entra realmente no meio, você não vai conseguir tudo isso no outro lado, porque alguns dos que serão absorvidos, devorado, pelo meio.

a forma como ele é engolido é que ele vai para o calor no meio; ele vai aquecer o vidro um pouco e você nunca vai conseguir que o calor transformado de volta em luz. Nunca mais a vais adicionar ao teu pulso de luz.Entrevistador: então como é possível parar a luz, não é uma idéia louca?

Leno: Sim. Era exactamente o que os meus colegas diziam. Eles disseram, Não Estás louco? Basicamente, estou a parafrasear. A coisa é que inicialmente eu estava realmente morrendo de vontade de colocar minhas mãos em um condensado porque este era um estado totalmente novo da matéria esperado ser um estado super-fluido da matéria. Eu só queria pôr as minhas mãos nisto; eu estava curioso para começar a picá-lo e ver como ele iria reagir. Que tipo de propriedades tem?

o melhor que eu poderia pensar era enviar luz para este condensado e luz que é particularmente dramático para enviar, ou seja, luz que tem um comprimento de onda ou frequência que é sintonizado de forma muito precisa, de modo que corresponde à frequência característica particular dos átomos. Uma vez que você começa isto é chamado de uma condição de ressonância. Uma vez que você obtém essa condição de ressonância, você obtém uma interação muito forte entre átomo e luz laser.Arrefecemos e criamos condensados a partir de átomos de sódio e o que fazemos é enviar uma luz laser com um comprimento de onda tal que a luz é amarela, por isso cerca de 589 nanómetros, por isso é uma espécie de luz amarela como as lâmpadas de sódio. Esse comprimento de onda é tal que corresponde precisamente à frequência característica dos átomos de sódio. Assim, por exemplo, o sódio absorverá muita luz se enviarmos luz com essa frequência ou comprimento de onda, dessa luz amarela.Então, enviar luz ressonante para um condensado, isso é particularmente perigoso, mas também particularmente interessante porque você vai ter uma interação muito forte. Por exemplo, sódio irá absorver fótons de luz do que este feixe de maneira muito eficiente, mas, essa é exatamente a situação de perigo seja porque aqui você tem esses super resfriadas átomos e se um átomo em que o átomo de nuvem apenas absorveu um fóton único que é o suficiente para que, a partir de um único fóton de absorção, que o átomo vai ter um pouco de kick e, em seguida, obter, basicamente, chutou de direita para fora do átomo de nuvem, fora do condensado, e nós acabamos de perder. Na verdade, no seu caminho para fora esse átomo vai começar a bater nos outros átomos e na verdade aquecer a coisa toda e todo o condensado vai basicamente evaporar.Se você começar a enviar a luz de laser ressonante para um condensado então você deve simplesmente explodir o condensado. Foi por isso que os meus colegas disseram: “és maluco. Isto é demasiado perigoso.”A coisa é, porque você tem essa interação muito dramática entre átomos e luz laser você também tem uma tremenda sensibilidade em termos de sondar esses condensados, e isso é o que eu estava procurando e realmente obtendo isso, porque é realmente uma filosofia.Se quiser sondar alguma coisa, sonde-a com toda a força possível, sem que se estoure completamente. Então, não toque um pouco, toque muito e depois veja o que acontece.Entrevistador: então, se os seus colegas achavam que não funcionaria, Por que achou que funcionaria?

Feneno: Eu pensei que ia funcionar porque se você meio que controla os parâmetros corretamente você pode usar esta interação muito dramática para muito, muito sensível sondar as propriedades.Foi neste processo de tentar sondar condensados com este raio laser ressonante que começamos a perceber, gee, e se você não tiver um, mas dois feixes laser afinados com precisão, com as propriedades exactas da luz chegando nos ângulos retos com os comprimentos de onda certos e tudo isso? Se você tem dois desses, esses dois podem fazer as coisas certas para os átomos de modo que você realmente pode ser capaz de abrandar a luz para a velocidade da bicicleta.É claro que uma coisa é ter a ideia de que algo deveria funcionar, mas era uma coisa totalmente diferente fazê-lo funcionar no laboratório. Preparaste tudo de acordo com a forma como achas que devia funcionar, mas não funcionou como era suposto. O que pode estar errado aqui?Quando as coisas não estavam a funcionar, tinhas de pensar sempre no que devo mudar aqui? O que se passa? Foi tão intenso. Quase entrei no Duche vestida porque estávamos sempre a pensar nisto.Entrevistador: mas você não desistiu. O que aconteceu depois?

LENE: então, eventualmente, começamos a ver um pouco de desaceleração. Claro, é como no meio da noite, tipo quatro.:Às 00 da manhã ou algo assim, e você está olhando sob o seu telescópio e começando a medir pulsos de luz aparentemente tendo abrandado um pouco. Mas depois, claro, ficamos nervosos. Um de nós bateu com a maçaneta no osciloscópio? Talvez seja um artefacto. Então, tivemos que fazer uma experiência de controle, o que significa que tivemos que carregar os átomos para o sistema novamente e arrefecê-los e formar um condensado e, em seguida, enviar outro pulso de luz para dentro e tentar ver se ele abrandou.Esse processo demorou cerca de dois minutos, mas foram os dois minutos Mais longos da minha vida. Então, eventualmente nós medimos isso uma segunda vez e com certeza o suficiente foi abrandado. Foi muito emocionante. Foi apenas um pouco de desaceleração, mas foi como “eu acho que temos algo aqui.”E então era uma questão de continuar empurrando e então nós conseguimos descer para a velocidade do avião e então, isso foi no verão de 1998, e naquele ponto de repente eu tive que ir para Copenhague para dar uma aula de mestre.Eu não queria ir, mas tinha prometido dar aquela aula, por isso tive de ir. Eu me lembro que eu estava decolando no avião de Boston a Copenhague e seguindo a velocidade do avião na tela grande lá e pensando Oh, wow; agora nós estamos indo mais rápido do que meu pulso de luz no laboratório. Eu estava calculando se eu tivesse enviado um pulso leve de Boston no momento em que saí no avião eu chegaria em Copenhague uma hora antes do meu pulso leve.

assim, basicamente eu estava em Copenhague para a semana e, em seguida, correu de volta para Cambridge para continuar com os experimentos. Então, cerca de um mês ou dois depois começamos a abrandar a luz para a velocidade da bicicleta. Lembro-me daquela noite. Isso foi, mais uma vez, a meio da noite e você estava apenas sentado lá e você é apenas a primeira pessoa na história sendo neste regime da natureza vendo a luz ir tão devagar. Foi realmente incrível e um sentimento incrível e meio que valeu todo o trabalho duro que tinha ido antes disso.Entrevistador: pode explicar mais detalhadamente a paragem da luz na BEC?

LENE: a luz de paragem veio após a luz lenta, Sim. Então estamos a abrandar a luz por factores de 10100.000.000. Não estamos a falar de 30% numa janela.; é um factor de 10100 milhões. Então, de 200.000 milhas por segundo, descemos para 15 milhas por hora e esse é o tipo de desaceleração.

o que acontece é que, juntamente com a desaceleração do pulso de luz, também comprime espacialmente pelo mesmo fator que abranda. Então, agora temos uma pequena nuvem de ar frio arrefecida a alguns bilionésimos de um grau acima do zero absoluto. Está muito, muito frio, e a nuvem tem apenas 0,1 milímetros de tamanho, então é uma pequena nuvem que guardamos na câmara de vácuo.Depois enviamos o pulso de luz e o pulso de luz tem cerca de 1,5 km de comprimento quando começa no espaço livre e depois começamos a enviá-lo para a nossa nuvem atómica. O que acontece é que a borda dianteira vai desacelerar porque agora que está começando a entrar na nuvem atômica, mas a borda traseira ainda está fora no espaço livre, então a cauda está aqui, e isso vai continuar na velocidade de luz normal. Então, agora a borda traseira vai começar a alcançar a borda dianteira para que você faça este pulso de luz comprimir como um pouco de concerting.Como eu disse, comprimiu-se pelo mesmo factor que a desaceleramos de uma milha para 0,02 milímetros é menos de meia espessura de um cabelo; é assim que o pulso de luz acaba sendo pequeno. Nesse ponto, ele se encaixa totalmente dentro da nuvem atômica, mesmo que a nuvem atômica seja menor, o pulso de luz acaba ficando ainda menor, então ele se encaixa dentro. Se a deixarmos propagar-se, irá propagar-se muito, muito lentamente à velocidade da bicicleta através da nuvem Atómica e, eventualmente, irá começar a sair do outro lado.

nesse ponto, o pulso de luz começará a sair. A borda da frente descola, acelera e o pulso de luz estica-se e acaba exactamente com o mesmo comprimento com que tinha de começar, cerca de uma milha. Então ele eventualmente segue em frente, acelera de volta e se move na velocidade normal da luz alta, mas uma vez que você o tenha abrandado e comprimido e contido dentro da nuvem atômica o que o pulso de luz realmente faz é fazer uma pequena impressão, como uma pequena impressão holográfica na nuvem atômica.Assim, ele realmente muda o estado interno dos átomos no condensado quando eles formam esta impressão. Que impressão segue os impulsos de luz, como ele lentamente se propaga através do átomo de nuvem e agora, quando nos apetecer, podemos, na verdade, pare completamente o que o pulso de luz porque é completamente contida no átomo de nuvem e podemos, na verdade, completamente parar, gire o pulso de luz desligada e, em seguida, basta segurar o selo holográfico. Então, podemos congelar essa impressão dentro da nuvem atômica e então mais tarde podemos decidir transformar aquele holograma de volta em luz. Reanimamos o pulso de luz e ligamo-lo como se nada tivesse acontecido.

entrevistador: O que está atualmente motivando sua pesquisa?

LENE: bem, basicamente o que realmente motiva a nossa pesquisa agora é que encontramos este método pelo qual podemos converter completamente a luz à matéria e voltar à luz sem perda de informação. Então, nós temos um pulso de luz; nós podemos criar uma cópia matéria perfeita desse pulso de luz com exatamente as mesmas propriedades e a mesma forma, o mesmo conteúdo de informação, e não há outra maneira pela qual você pode fazer isso.

o que nos permite fazer agora em frente é que podemos começar a criar o que é chamado, por exemplo, redes quânticas. É uma espécie de análogo mecânico quântico da Informação, A comunicação óptica, a rede de fibra óptica que conhecemos hoje, onde adoramos enviar dados em fibras ópticas, ondas de dados altas e tudo isso e descarregá-los em nossos computadores. Mas há uma maneira completamente diferente de fazer isso onde podemos começar a enviar estados quânticos de luz em torno de fibras ópticas.

para esse efeito, a luz funciona muito bem. Você pode codificar a informação à luz e enviá-la em informação óptica. É ótimo para o transporte, mas o problema é se você quiser controlar a informação ótica, se você realmente quiser mudar a informação ou você quer manipulá-la ou processá-la e você quer determinar onde eu devo encaminhar essa informação, tudo isso requer controle da luz e isso é estado quântico de luz.

é por isso que você quer tomar a luz e transformá-la em forma de matéria, porque na forma de matéria você pode manipulá-la de forma extremamente poderosa, o que você não pode fazer enquanto ela está na forma de luz. Então, na forma de matéria você pode manipulá-lo incrivelmente poderosa e então, uma vez que você está feito você transformá-lo de volta em luz e enviá-lo para baixo outra fibra óptica. Então esse tipo de possibilidades são extremamente excitantes e tudo está abrindo um reino inteiro de possibilidades.

entrevistador: a luz é usada agora para copiar e mover dados. Como é que a manipulação da luz Mecânica Quântica vai diferir disso?

Feneno: Então, basicamente o que você faz quando normalmente envia pulsos de luz para baixo de uma fibra ótica é que eles vêm para um roteador e você pode então transformar a informação ótica em sinais eletrônicos. O problema é que quando você faz isso você perde uma grande parte da informação. Você não pode converter toda a informação que está no pulso de luz em sinais eletrônicos, mas com os métodos que desenvolvemos você pode pegar o pulso de luz e transformar toda a informação em matéria.Então, não há perda de informação? Amplitude, fase; estatísticas: quantos fótons tenho no pulso de luz e mecanicamente quântico posso não ter um número exato de fótons. Posso ter 1.000 e ao mesmo tempo tenho 1.001 e 1.002 ao mesmo tempo. Essa estatística, como lhe chamamos, é preservada quando a transformamos em matéria. Então podemos manipulá-lo na forma de matéria e depois transformá-lo de volta em luz para preservar toda a informação. Nós não perdemos nada e simplesmente não há outra maneira de fazer isso porque os métodos que estamos usando hoje perdem uma grande parte da informação.

entrevistador: Qual é a diferença em termos de escala entre seu roteador, o roteador de condensado de Bose-Einstein, e um roteador eletrônico?

LENE: você pode dizer no momento que temos uma sala cheia de ótica e não é exatamente um sistema prático, mas esse é o tipo de coisa que se você está se movendo para um novo regime que é como tudo começa, um grande sistema protótipo. E, claro, então o que aconteceria, talvez, seria você dizer bem, gee eu posso usar isso para uma aplicação particular.Poderíamos fazer um sistema muito mais prático que possa fazer precisamente isso? Então dirias bem, sim, talvez possamos. Então você diria em que propriedades devemos nos concentrar, quais devemos otimizar? Então você tentaria fazer um sistema prático em torno deste conjunto de critérios de design. Isso pode ser algo como implementar a experiência que temos com pequenas nanoestruturas como estruturas integradas de chip de temperatura ambiente. É certamente uma possibilidade excitante.Entrevistador: então você está tentando calcular informações sem destruir a estranheza da mecânica quântica?

LENE: Sim! Exactamente. Pode dizer-se que estamos a tentar fazer um computador. Em que consiste um computador? Um computador é composto por dois ingredientes principais. Tem memória e processador. Portanto, temos de ser capazes de armazenar e manter a informação óptica sem destruir qualquer informação e, ao mesmo tempo, temos de ser capazes de a processar e mudar de forma controlada.

queremos fazer tanto e com esses últimos resultados, onde podemos transformar a luz em uma questão de copiar e, em seguida, pode começar a mudar a questão de copiar e, em seguida, ligue-o novamente para a luz, nós podemos criar um processo de informação ótica onde nós não destruir qualquer informação quântica nos pulsos de luz. Preservamo-los na sua forma de matéria e depois processamo-los e transformamo-los de volta em luz.Entrevistador: onde estamos quando se trata de condensados de Bose-Einstein e de manipular a luz? Estamos no início disto?

LENE: Yeah. Eu acho que só vimos a ponta do iceberg realmente porque o que é realmente emocionante é que pela primeira vez você tem luz que você pode se transformar em forma de matéria sem perda de informação. A luz é fantástica para codificar informação e transportar essa informação. Mas uma vez que você tenha a informação de luz que você se transforma em forma de matéria, você tem métodos de processamento extremamente poderosos.

é quando você pode começar a manipular, processar a informação e uma vez que você terminou o processamento você transformá-la de volta em luz. É uma configuração extremamente poderosa e absolutamente única. Não há outra maneira onde você possa transformar a luz em matéria e voltar à luz e fazer o processamento no meio e fazer tudo sobre estados clássicos de luz, estados quânticos de luz. É extremamente poderoso.Este é um sistema totalmente novo, onde temos paradigmas absolutamente novos que podemos perseguir. Estamos apenas no início, penso eu, de um conjunto de possibilidades muito empolgantes em toda esta nova área.