Olśniewająca przyszłość światła jasnej ściśniętej próżni

Znaczący postęp w rozumieniu mechaniki kwantowej w skali makroskopowej był możliwy dzięki finansowanemu przez UE projektowi BRISQ2, który skoncentrował się na potencjale kwantowym JSP. Ten szczególny kwantowy stan światła znany jest od lat 60. ubiegłego wieku, ale dopiero ostatnio skupił na sobie uwagę naukowców.

"Udowodniliśmy, że ten stan światła ma szerokie zastosowanie, np. w obrazowaniu, komunikacji i metrologii, gdzie tradycyjne metody już wyczerpały swój potencjał", mówi koordynator projektu, dr Maria Chekhova, szefowa ośrodka promieniowania kwantowego w niemieckim Instytucie Nauki o Świetle im. Maksa Plancka.

"W tym projekcie udało nam się dostosować właściwości widmowe i przestrzenne tego stanu światła i udowodnić jego kwantowy charakter. Opracowaliśmy również nowy typ optycznego generatora parametrycznego opartego o ten rodzaj światła".

Nowe protokoły JSP

Projekty umożliwił wdrożenie kilku protokołów związanych z JSP. "Głównym protokołem jest obrazowanie mikroskopowe o czułości przekraczającej tradycyjne limity dające możliwość dostrzeżenia słabych obiektów na tle szumu", mówi Chekhova.

Naukowcy są zainteresowani kwantową technologią informacyjną, gdyż umożliwia ona szybsze przetwarzanie i bezpieczniejsze przekazywanie informacji w oparciu o zasady mechaniki kwantowej. To technologia o ogromnym potencjale, zwłaszcza w dobie coraz większego zapotrzebowania na dane i wyczerpywania się potencjału tradycyjnych metod przekazywania informacji.

Obecnie kwantowa technologia informacyjna działa w oparciu o obiekty mikroskopowe, takie jak pojedyncze atomy, jony, molekuły, a zwłaszcza fotony. Wadą wykorzystywania obiektów mikroskopowych jest to, iż nie mogą one skutecznie oddziaływać z podobnymi obiektami oraz systemami materiałowymi, co ogranicza ich zastosowanie.

Stany makroskopowe (jasne) światła nie wykazują tej wady, ponieważ jasność, tj. liczba protonów na tryb promieniowania, określa wydajność interakcji światło-światło i światło-materia. Ponadto, w przeciwieństwie do ściśniętych stanów spójnych, światło jasnej ściśniętej próżni (JSP) ma idealne korelacje liczby fotonów.

"Chcieliśmy przeanalizować właściwości światła, w szczególności funkcji kwantowych, które mogą sprawić, że próżna JSP będzie miała znacznie w przekazywaniu informacji kwantowych", wyjaśnia Chekhova. Zespół rozpoczął prace od wykazania, że struktura próżni JSP jest identyczna z dwufotonowym światłem, bliskim krewnym JSP. Przeprowadzając eksperymenty z dwufotonowym światłem, badacze opracowali sposób filtrowania jednego modu przestrzeni JSP bez generowania znaczących strat.

Zespół zbadał następnie różne funkcje kwantowe, z których najbardziej znaczącą było splątanie. "Wykazaliśmy teoretycznie dla różnych stanów JSP, że splątanie rośnie wykładniczo wraz ze średnią liczbą fotonów", mówi dr Chekhova.

Chociaż obecnie większość naukowców zgadza się co do poprawności mechaniki kwantowej, to wciąż jednak toczą się dyskusje nad tym, czy wyłącznie obiekty mikroskopowe wykazują zachowanie typowo kwantowe. Projekt BRISQ2 znacząco przyczynił się do zakończenia tej dyskusji poprzez obserwacje efektów kwantowych światła w skali makroskopowej.

Więcej informacji można znaleźć na: stronie projektu BRISQ2.