Egy nemzetközi fizikuscsoport először manipulált sikeresen kisszámú, egymással szoros kapcsolatban álló fényrészecskéket − úgynevezett fotonokat −, amelyek szoros kapcsolatban állnak egymással.
Talán kissé homályosan hangzik, de ez nagy áttörés a kvantumvilágban: olyan technológiához vezethet, mint például kvantumérzékenységgel rendelkező lézerek az orvosi képalkotásban – számol be róla a Science Alert.
Ez megnyithatja az utat a kvantummérési technikák és a fotonikus kvantumszámítástechnika fejlődése előtt
− mondja Sahand Mahmoodian fizikus a Sydney-i Egyetemről.
Ez is érdekelhet: A tudósok rájöttek, hogyan lehet fényből antianyagot kreálni
Míg a fizikusok egyre jobban képesek irányítani a kvantumosan összefonódott atomokat, addig a fénnyel ugyanezt elérni sokkal nagyobb kihívásnak bizonyult.
Ebben az új kísérletben − melynek eredményeit a Nature Physics című szaklapban publikálták − a Sydney-i Egyetem és a svájci Bázeli Egyetem csapata egy kvantumpontra (egy mesterségesen létrehozott atomra) lőtt egyetlen fotont és egy pár kötött fotont is, és közvetlen időbeli késleltetést tudtak mérni a saját és a kötött fotonok között.
Az általunk épített eszköz olyan erős kölcsönhatást idézett elő a fotonok között, hogy képesek voltunk megfigyelni az egy foton kölcsönhatása közötti különbséget a kettőhöz képest. Megfigyeltük, hogy egy foton hosszabb időt késik, mint két foton. Ezzel a valóban erős foton-foton kölcsönhatással a két foton összefonódik, és egy úgynevezett kétfotonos kötött állapot jön létre
− tette hozzá Natasha Tomm fizikus, a Bázeli Egyetem társszerzője.
Ha tovább olvasnál: Megvalósítható a fénykard a valóságban?
Fotó: Shutterstock
Ezt a kötött állapotot stimulált emisszióval hozták létre − ezt a jelenséget Albert Einstein írta le először 1916-ban, és ez képezi a modern lézerek alapját.
A lézer belsejében elektromos áramot vagy fényforrást használnak arra, hogy egy optikai anyag − például üveg vagy kristály − atomjaiban lévő elektronokat felpörgessék. Ez az felpörgetés az elektronokat az atommagjukban egy pályával feljebb emeli. Amikor pedig visszatérnek a normál állapotukba, fotonok formájában energiát bocsátanak ki. Ezek a "stimulált" emissziók, ami azt jelenti, hogy az összes keletkező foton azonos hullámhosszú, ellentétben a normál fehér fénnyel, amely különböző frekvenciák (színek) keveréke.
Ezután egy tükör segítségével a régi és az új fotonokat visszaverik az atomok felé, ezzel újabb azonos fotonok keletkezését serkentve. Ezek összehangoltan mozognak, azonos sebességgel és irányba haladnak, és addig gyűlnek, amíg végül legyőzik az optikai közeget, és egy tökéletesen szinkronizált fénysugárban szabadulnak el, amely nagy távolságokra is képes élesen fókuszált maradni.
Mindez ezredmásodpercek alatt megy végbe, amikor megnyomjuk a lézermutató gombját.
A fény és az anyag közötti ilyen típusú kölcsönhatás az alapja például a GPS-nek, a számítógépeknek, az orvosi képalkotásnak és a globális kommunikációs hálózatoknak is. A LIGO, a lézerinterferométeres gravitációs hullámobszervatórium is lézereken alapul, amely először észlelte a gravitációs hullámokat. De mindez a technológia még mindig rengeteg fotont igényel, ami korlátozza az érzékenységüket.
Az új áttörésnek köszönhetően most sikerült elérni az egyes fotonok, valamint az egyetlen atomból származó fotonok kis csoportjainak stimulált emisszióját és detektálását, ami ahhoz vezet, hogy ezek erősen korreláltak lesznek − más szóval „kvantumfény" jön létre.
Ez pedig hatalmas előrelépés.
A következő lépés, hogy ezt a megközelítést olyan fényállapotok létrehozására kezdik használni, amelyekkel jobb kvantumszámítógépek készíthetők, de a biológiától a fejlett gyártáson át a kvantuminformáció-feldolgozásig sok terület számára lesz hasznos az áttörés.
