Физики нашли способ "заставить" свет распространяться только в заданном направлении (например, справа налево) и не распространяться в противоположном. Для реализации этой задачи ученые предложили использовать так называемые нелинейные материалы. Пока работа, опубликованная в журнале Physical Review Letters , носит исключительно теоретический характер. Коротко исследование описано на портале Physical Review Focus.

Возможность задавать определенное направление распространения световой волны может быть востребована, например, для изготовления световых диодов. Но распространение света в так называемой линейной среде определяется так называемой теоремой взаимности, которая постулирует, что в линейной среде идентичные волны распространяются одинаково независимого от направления движения.

Для того чтобы "преодолеть" требование теоремы, ученые решили воспользоваться нелинейными материалами, в которых скорость и другие параметры световой волны зависят от ее интенсивности. Поведение волны в таких материалах ученые описывали при помощи дискретного нелинейного уравнения Шредингера, которое описывает поведение нелинейных волн, и которое дает точное решение для каждой отдельной волны.

Авторы моделировали систему, в которой свет проходит через несколько слоев линейного материала, между которыми вставлены два слоя нелинейных материалов. Поведение волны в этих двух нелинейных слоях описывалось дискретным нелинейным уравнением Шредингера со слегка различными параметрами. В линейных материалах распространение волны описывалось линейным уравнением.

Решение уравнений показало, что лучше всего свет будет распространяться в такой системе, когда частота волны совпадает с так называемой резонансной частотой нелинейных слоев. Однако частота волны в описываемой системе зависит от амплитуды волны, и при этом зависимость различна для волн противоположного направления. Как показали авторы, для определенных значений амплитуды, когда идентичные волны приходят с противоположных направлений, только одна из них может иметь такое сочетание частоты и амплитуды, которое позволит волне пройти сквозь систему. Вторая волна при этом практически полностью отразится. Авторы получили такой результат и для большего числа нелинейных слоев в системе.

Разработанная учеными система в перспективе может пригодиться для создания квантовых компьютеров - устройств, вычислительная мощность которых в разы превосходит вычислительные мощности обычных ЭВМ. Подробнее прочитать о квантовых компьютерах можно здесь .