Német kutatóknak sikerült megállítania a fényt

A fényt már sok mindenre rávettük, amit korábban lehetetlennek tartottunk. Meghajlítottuk, visszavertük, lelassítottuk, és a kutatók most annak is megtalálták a módját, hogy csapdába ejtsék, fizikailag tetszés szerint mozgassák, majd újra elengedjék.

Fotó: Unsplash

Álló fény

Ezt a bravúrt a Johannes Mainzban található Gutenberg Egyetem tudósainak köszönhetjük, akik a Physics Review Letters tudományos szaklapban tették közzé beszámolójukat. A kutatók egy kvantum-memóriába zárva ejtették csapdába a fényt, ami a gyakorlatban ultra hideg hőmérsékletre hűtött rubídium atomok felhőjét igényelte. A kvantum-memória módosításával a fény újra szabadon haladhatott, mindössze minimális változással a tulajdonságaiban, koherenciájában.

A kvantuminformáció ellenőrzött manipulálása, tárolása és visszakeresése elengedhetetlen a kvantumkommunikációhoz és a kvantumszámítástechnikához. A fénnyel való munkához szükséges kvantum-memória, tárolóközegként ultra-hideg hőmérsékletű atommintákat használ, melyek kiemelkedőek a magas tárolási hatékonyság és élettartam szempontjából.

Mozgatott fény

Az 1,2 mm úthosszúságon, ellenőrzötten szállított, előzetesen eltárolt fény szállítási folyamata és annak dinamikája csak csekély hatást gyakorolt a tárolás koherenciájára.

A bemutatott koncepció kiterjeszthető nagyobb szállítási távolságokra a tároló szakaszok számának növelésével új kvantumeszközök, például külön írási és olvasási szekciókkal rendelkező optikai versenypálya memóriák, vagy optikai kvantumregiszterek kifejlesztése is lehetővé válik.

Fénybőrönd

"A fényt úgymond egy “bőröndbe” tettük, csak hogy esetünkben a bőrönd hideg atomok felhőjéből készült. Ezt a bőröndöt rövid távolságon mozgattuk, majd újra kivettük belőle a fényt. Ez nem csupán a fizika szempontjából lehet érdekes, hanem a kvantumkommunikáció szempontjából is, mert a fényt nem túl könnyű megragadni, és ha kontrollált módon máshová akarjuk szállítani, akkor általában elveszítjük”- mondta el Patrick Windpassinger professzor, professzor közleményében.

Ez a megoldás egy hasonló technikára épül, amelyet elektromágnesesen indukált transzparenciának vagy EIT-nek neveznek, melynél az atomok felhőit tároló közegként használják a fényimpulzusok csapdázására és feltérképezésére. Mivel a folyamat reverzibilis, ezek a fényimpulzusok a jövőben újra visszanyerhetőek.

Rakéta

A kvantumkommunikációs hálózatok döntő fontosságúak a számítástechnika jövője szempontjából, amely a természet kvantumtulajdonságait használja hihetetlen számítási teljesítmény előállításához. A fény tárolásának, sőt mozgatásának képessége kulcsfontosságú ennek a célnak az eléréséhez. E nélkül a képesség nélkül nem lehetne felfelé skálázni, növelni a kvantumhálózatokat.

Egy atomokból álló felhő mozgatása nem könnyű anélkül, hogy befolyásolnánk a tulajdonságaikat. Ha változatlanul szeretnénk megőrizni a bennük csapdázott fényt, akkor nagyon kevéssé szabad csak hatnunk rájuk. Ennek megvalósításához a kutatók egy optikai szállítószalagot hoztak létre. Magához a mozgatáshoz két lézersugarat alkalmaztak, melyekkel anélkül mozgathatják az atomfelhőt, hogy elveszítenék vagy felmelegítenék őket.

A kereskedelmi kvantumszámítógépek és kvantumhálózatok előtt még számos akadály van, de a kutatás csökkentette ezek számát. A kvantum rendszerek általában nagyon érzékenyek a környezetből származó interferencia és zaj okozta zavarásokra, ezért rendkívül alacsony hőmérsékleten tartják őket. A frissen megvalósított fény-transzport szállítási távolsága egyelőre rövid, több tényező miatt, de főképp azért, mert a fény csak korlátozott ideig tárolható így. A jelenlegi tárolási megközelítések – mint az összes kvantumjelenség egyöntetűen – könnyen megzavarhatóak. A cél a fény lehető legminimálisabb minimális befolyásolása.