Brzmi jak zadanie niewykonalne? Zatrzymanie światła na ułamki sekundy
Możliwość zatrzymania światła i wykorzystania jego niesamowitej prędkości może okazać się kluczowa dla opracowania niezwykle potężnych komputerów kwantowych, łączenia ich z szybkimi i wysokowydajnymi sieciami kwantowymi oraz opracowywania bardziej precyzyjnych czujników i komunikacji pozbawionej błędów. Ale czy da się zatrzymać światło, któremu szybkością nie dorównuje nic innego we wszechświecie? Przy wsparciu projektu LIMQUET, finansowanego ze środków Unii Europejskiej, zespół naukowców zatrzymał światło na ułamek sekundy i uwolnił je, naciskając przycisk. Naukowcy potrafią nawet wstrzymywać poszczególne cząstki światła, czyli fotony, „które wykorzystuje się w technologii kwantowej jako nośniki informacji”, jak podano w artykule opublikowanym na stronie internetowej partnera projektu LIMQUET, Politechniki w Darmstadcie. Postrzegają oni światło jako intrygującego kandydata do wykorzystania w obliczeniach kwantowych, ponieważ umożliwia ono błyskawiczne przesyłanie danych pomiędzy punktami sieci światłowodowych. Jako że fotony przejawiają nikłe interakcje ze środowiskiem zewnętrznym, przesyłane informacje pozostają nienaruszone. Jednakże aby wykorzystać potencjał światła, naukowcy muszą skłonić fotony to silniejszych interakcji z innymi fotonami, co nie leży w ich naturze. W artykule czytamy: „W przyszłych komputerach kwantowych fotony będą na przykład musiały przesyłać informacje atomom i na odwrót. Również w tym celu konieczne jest zintensyfikowanie interakcji pomiędzy tymi dwoma typami cząstek, co może okazać się możliwe dzięki zatrzymaniu fotonów przez grupę z Politechniki w Darmstadcie”. Jak wyjaśniono w tym samym artykule, badacze wykorzystują „specjalne włókno szklane z wydrążonym kanałem o średnicy mniejszej niż dziesięć tysięcznych milimetra. Włókno ma porowatą strukturę wokół rdzenia, która nie dopuszcza światła. Dzięki temu promień lasera koncentruje się w środku wydrążonego kanału. Jego przekrój poprzeczny zwęża się do około jednej tysięcznej milimetra”. W tym samym komunikacie prasowym czytamy, że zespół wykorzystuje „promień światła jako swego rodzaju pułapkę na atomy. Naukowcy wprowadzili atomy rubidu do wydrążonego włókna; koncentrują się one w samym środku promienia lasera ze względu na siły elektromagnetyczne. Następnie badacze wysłali fotony, które chcieli zatrzymać, do kanału”. Foton zatrzymuje się przy dwóch dodatkowych promieniach lasera „wprowadzanych do wydrążonego włókna po obu stronach”.
Przetwarzanie informacji kwantowych
Naukowcy opublikowali niedawno swoje odkrycia w czasopiśmie „Optics Express”. Stwierdzają: „Eksperymentalna platforma działająca na poziomie poszczególnych kwantów i zapewniająca silne sprzężenie światło-materia jest kluczowym wymogiem dla kwantowego przetwarzania informacji. W naszej pracy pokazujemy, że fotonowe włókna pasma wzbronionego z pustym rdzeniem, wypełnione atomami chłodzonymi laserowo, mogą posłużyć jako platforma pomimo ich zwykle złożonych właściwości dotyczących załamania podwójnego. W tym celu prezentujemy szczegółowe teoretyczne i eksperymentalne badanie mające pomóc opracować włókno o właściwościach umożliwiających realizowanie działania na poziomie pojedynczego fotonu”. Twórcy realizowanego obecnie projektu LIMQUET (Light-Matter Interfaces for Quantum Enhanced Technology) szkolą wysoko wykwalifikowanych młodych naukowców w ramach sieci obejmującej partnerów akademickich i przemysłowych z Bułgarii, Francji, Niemiec, Szwajcarii oraz Zjednoczonego Królestwa. Projekt koncentruje się na „opracowaniu innowacyjnych technik nawiązywania interakcji pomiędzy światłem a materią na poziomie kwantowym z wykorzystaniem atomów, nanostruktur i fotonów, z zastosowaniami w dziedzinie optyki i kwantowego przetwarzania informacji”, jak podano na stronie projektu. Więcej informacji: strona projektu LIMQUET
Słowa kluczowe
LIMQUET, obliczenia kwantowe, foton, kwantowe przetwarzanie informacji, optyka
