Oamenii de știință sunt tot mai aproape de a manipula „lumina cuantică”

Pentru prima dată, oamenii de știință de la Universitatea din Sydney și de la Universitatea din Basel, Elveția, au demonstrat capacitatea de a manipula și de a identifica un număr mic de fotoni care interacționează – pachete de energie luminoasă – cu o corelație ridicată.

Această realizare fără precedent reprezintă un punct de reper important în dezvoltarea tehnologiilor cuantice.

Descoperirea a fost explicată în revista Nature Physics. Emisia stimulată de lumină, postulată de Einstein în 1916, este observată pe scară largă pentru un număr mare de fotoni și a stat la baza inventării laserului. Prin această cercetare, emisia stimulată a fost observată acum pentru fotoni individuali.

Mai exact, oamenii de știință au putut măsura întârzierea directă în timp dintre un foton și o pereche de fotoni legați care se împrăștie de pe un singur punct cuantic, un tip de atom creat în mod artificial.

„Acest lucru deschide ușa către manipularea a ceea ce putem numi lumină cuantică”, a declarat dr. Sahand Mahmoodian de la Facultatea de Fizică a Universității din Sydney și co-autor principal al cercetării, scrie EurekAlert.

„Această știință fundamentală deschide calea pentru progrese în tehnicile de măsurare îmbunătățită cuantică și în calculul cuantic fotonic”, a declarat Dr. Mahmoodian.

Cercetătorii au demonstrat capacitatea de a manipula fotoni care interacționează

Observând modul în care lumina interacționează cu materia în urmă cu mai bine de un secol, oamenii de știință au descoperit că lumina nu este un fascicul de particule și nici un model ondulatoriu de energie – ci prezintă ambele caracteristici, cunoscute sub numele de dualitatea undă-particulă.

Modul în care lumina interacționează cu materia continuă să fascineze oamenii de știință.

Fie că este vorba de modul în care lumina traversează spațiile vaste ale mediului interstelar sau de dezvoltarea laserului, cercetarea în domeniul luminii este o știință vitală cu importante utilizări practice. Fără aceste fundamente teoretice, practic toată tehnologia modernă ar fi imposibilă. Nu ar exista telefoane mobile, rețele de comunicații globale, calculatoare, GPS sau imagistică medicală modernă.

Un avantaj al utilizării luminii în comunicații – prin intermediul fibrelor optice – este acela că pachetele de energie luminoasă, fotonii, nu interacționează cu ușurință între ele. Acest lucru creează un transfer de informații aproape fără distorsiuni la viteza luminii. Cu toate acestea, uneori dorim ca lumina să interacționeze. Și aici, lucrurile devin dificile.

Lumina cuantică de acest tip are un avantaj

De exemplu, lumina este utilizată pentru a măsura mici modificări ale distanței cu ajutorul unor instrumente numite interferometre. Aceste instrumente de măsurare sunt în prezent banale. Însă legile mecanicii cuantice stabilesc limite în ceea ce privește sensibilitatea unor astfel de dispozitive.

Această limită este stabilită între cât de sensibilă poate fi o măsurătoare și numărul mediu de fotoni din dispozitivul de măsurare. În cazul luminii laser clasice, acest lucru este diferit față de lumina cuantică.

„Dispozitivul pe care l-am construit a indus interacțiuni atât de puternice între fotoni încât am putut observa diferența dintre un foton care interacționează cu el în comparație cu doi. Am observat că un singur foton a fost întârziat cu un timp mai mare în comparație cu doi fotoni. Cu această interacțiune foton-foton foarte puternică, cei doi fotoni devin încurcați sub forma a ceea ce se numește o stare legată cu doi fotoni”, a declarat dr. Natasha Tomm de la Universitatea din Basel, co-autor principal.

Lumina cuantică de acest tip are un avantaj, deoarece, în principiu, se pot face măsurători mai sensibile și cu o rezoluție mai bună folosind mai puțini fotoni. Acest lucru poate fi important pentru aplicații în microscopia biologică, când intensitățile mari ale luminii pot deteriora probele și când caracteristicile care trebuie observate sunt deosebit de mici.

Vă recomandăm să mai citiți și:

O echipă de cercetători susține că poate da timpul înapoi într-un sistem cuantic

Cercetătorii vor să creeze „lumina cuantică”

Ce este un cristal cuantic al timpului?

Mecanica cuantică ne arată cum pot cercetătorii să vadă „lucruri” fără să le privească