Οι ερευνητές αφαιρούν κβαντικό φως από μια δέσμη λέιζερ.
Σε μια συνεργασία μεταξύ του Πανεπιστημίου του Ώρχους και του Πανεπιστημίου της Νότιας Δανίας, οι ερευνητές ανακάλυψαν έναν τρόπο αφαιρέσεως ενός κβαντικού φωτός από μια ακτίνα λέιζερ. Αυτό το έργο δημοσιεύθηκε πρόσφατα στο περιοδικό Physical Review Letters .
Η παρούσα μέθοδος ανοίγει το δρόμο προς την μελλοντική κβαντική επικοινωνία και τον υπολογισμό χρησιμοποιώντας κβαντομηχανική για τεχνολογικές εφαρμογές.
Το φως αποτελείται από μικρά αδιαίρετα πακέτα ενέργειας ή σωματίδια, γνωστά ως φωτόνια. Μια καθοριστική ιδιότητα των φωτονίων είναι ότι δεν αλληλεπιδρούν, με τελικό αποτέλεσμα απλά να περνάει το ένα δίπλα από το άλλο εντελώς ανεπηρέαστο.
Στο πλαίσιο της κβαντικής επικοινωνίας, αυτό είναι ένα πολύ χρήσιμο χαρακτηριστικό, καθώς τελικά επιτρέπει τη μετάδοση χαμηλής απώλειας οπτικά κωδικοποιημένων δεδομένων σε πολύ μεγάλες αποστάσεις. Ωστόσο, πολλές αναδυόμενες ιδέες για την επεξεργασία κβαντικών πληροφοριών θα επωφεληθούν σε μεγάλο βαθμό από την ικανότητα δύο φωτόνια να αλληλεπιδρούν με τέτοιο τρόπο ώστε να επηρεάζεται η διάδοση ή η κατάσταση του άλλου.
Τα τελευταία χρόνια, τα υπερελαφρά ατομικά αέρια έχουν αποδειχθεί ότι είναι ένα ιδανικό μέσο για το χειρισμό του φωτός. Για παράδειγμα, χρησιμοποιώντας μια τεχνική γνωστή ως ηλεκτρομαγνητικά προκαλούμενη διαφάνεια, οι ερευνητές μπορούν να τροποποιήσουν δραστικά την ταχύτητα της διάδοσης του φωτός, καταστώντας πρακτικά αργή την ταχύτητα του φωτός σε εκπληκτικά χαμηλές ταχύτητες μόλις μερικών μέτρων ανά δευτερόλεπτο.
Ίσως ακόμη πιο αξιοσημείωτο είναι το γεγονός πως το φως μπορεί να σταματήσει μετατρέποντας τα φωτόνια σε ατομικές διεγέρσεις. Με την αναστροφή αυτής της διαδικασίας και τη χαρτογράφηση των διεγέρσεων πίσω στα φωτόνια, αυτή η διαδικασία πραγματοποιεί μια φωτονική κβαντική μνήμη στην οποία τα φωτόνια μπορούν προσωρινά να αποθηκευτούν και να ανακτηθούν κατόπιν ζήτησης.
Μαζί με την ομάδα του Πανεπιστημίου του Ώρχους και τους συνεργάτες από το Joint Quantum Institute στο Πανεπιστήμιο του Maryland, η πειραματική ομάδα στην Οντένσε έχει εφαρμόσει μια τέτοια φωτονική μνήμη, αλλά με μια ειδική μορφή ατομικού αερίου στην οποία τα συστατικά άτομα έχουν ισχυρές αλληλεπιδράσεις.
Αυτό κάνει τα φωτόνια να ανιχνεύονται μεταξύ τους στην κβαντική μνήμη, επιτρέποντας στους ερευνητές να χειρίζονται το φως σε μη γραμμικό επίπεδο. Χρησιμοποιώντας αυτή την ιδέα, οι ομάδες έχουν επινοήσει και επιδείξει έναν νέο τρόπο αφαιρέσεως ενός φωτονίου από μια οπτική δέσμη χρησιμοποιώντας μια άλλη δέσμη φωτός.
Η γενική ιδέα γύρω από αυτό το ζήτημα είναι να αποθηκεύσετε πρώτα ένα οπτικό πεδίο και έπειτα να το στείλετε ένα άλλο μέσω. Τα φωτόνια στη δεύτερη δέσμη ανιχνεύουν τα αποθηκευμένα φωτόνια και αλληλεπιδρούν με αυτά με τέτοιο τρόπο ώστε ένα μόνο φωτόνιο να είναι ετικετοποιημένο και αργότερα να αφαιρείτε κατά την ανάκτηση. Αποστέλλοντας ένα μόνο φωτόνιο, η αρχική δέσμη φωτός αφήνεται σε μια ιδιόμορφη κβαντική κατάσταση, η οποία έχει από μόνη της πολλές επιστημονικές και τεχνολογικές εφαρμογές.
Πράγματι, η υποκείμενη ιδέα του χειρισμού των φωτονίων χρησιμοποιώντας μια τέτοια μη γραμμική κβαντική μνήμη είναι αντικειμενικά υποσχόμενη για πολλές εφαρμογές στην κβαντική επιστήμη των πληροφοριών. Ενώ απαιτείται περισσότερη μελέτη πριν από την πλήρη πρακτική εφαρμογή τέτοιων δυνατοτήτων, ο καταγεγραμμένος πρωτότυπος αφαιρετής φωτονίων είναι ένα σημαντικό ορόσημο προς τις κβαντικές τεχνολογίες που βασίζονται σε αλληλεπιδρώντα φωτόνια.
