Login
Main menu

Staklena vlakna koja dovode svjetlost u stanje mirovanja

Važan korak prema kvantnoj teleportaciji učinjen je na tehničkom sveučilištu u Beču (TU Wien - Vienna University of Technology). Procesom vezivanja fotona u atomima, svjetlost u staklenim vlaknima može biti usporena na brzinu kretanja brzog vlaka tj. od kojih 180 km/h a za kratko vrijeme fotone može dovesti i do stanja potpunog mirovanja.prikaz-procesa-kvantnog-usporavanja-svijetlosti


Svjetlost je vrlo korisno i primijenjeno sredstvo za prijenos signala u kvantnoj komunikaciji, međutim ima jedan veliki nedostatak a to je brzina kojom putuje te ne može ostati na mjestu. Tim znanstvenika na sveučilišta u Beču otkrio je da se taj problem može riješiti i to ne samo u neobičnim kvantnim sustavima, već i u svjetlovodnim mrežama koje su danas u primjeni.
Vezivanjem atoma u staklena vlakna uspjeli su usporiti svjetlo do brzine od 180 km/h a čak su doveli svjetlo u stadij potpunog zaustavljanja te je kasnije povratili. Ova tehnologija (koja pomalo zvuči kao nevjerojatna SF priča) važan je preduvjet za budući optičko kvantni-internet, u kojem kvantne informacije mogu biti teleportirane na velike udaljenosti.

Svjetlosni impulsi sporiji od brzog vlaka.

U vakuumu je brzina svjetlosti uvijek ista oko 300.000 km/s, međutim kad svjetlost putuje kroz medij kao što su staklo ili voda, ona malo usporava zbog svoje interakcije s materijalom. "U našem sustavu, taj je učinak ekstreman jer smo uspjeli stvoriti izuzetno snažnu interakciju između svjetla i materije", kaže profesor Arno Rauschenbeutel (TU Wien / Centar za kvantnu znanost i tehnologiju u Beču). "Brzina svjetlosti u našim staklenim vlaknima je samo 180 kilometara na sat a to je brzina koju može nadmašiti i običan Express vlak "

Kvantna komunikacija u postojećim optičkim mrežama.

"Postoje različiti načini kvantno mehaničkog prijenosa informacija", kaže Dr. Clément Sayrin (znanstvenik sa TU Wien - Centra za kvantnu znanost i tehnologiju u Beču) "Tehnologija staklenih vlakana posebno je atraktivna opcija za kvantno mehanički prijenos informacija – uostalom u svijetu već postoje optičke mreže te ih koristimo za prijenos podataka." Na univerzitetu TU Wien - Centru za kvantnu znanost i tehnologiju u Beču, proveden je eksperiment tako da su atomi cezija vezani u ultra tanko stakleno vlakno. Kad atom apsorbira lasersku svjetlost prelazi iz stanja niže energije u stanje više energije - pod uvjetom da apsorbirana energija fotona odgovara razlici energije između stanja niže i više energetske razine atoma, međutim utrošena energija ili svijetlost do sada se nije mogla povratiti na kontrolirani način prilikom povrata atoma u niže energetsko stanje. kvantna-komunikacija

Bečki tim stručnjaka došao je na ideju da u njihovom eksperimentu koristi dodatni kontrolni-laser, koji podiže atom u višem energetskom stanju u treće stanje atoma. "Interakcija između ovih triju kvantnih stanja sprječava foton da se samo apsorbira i nasumično emitira. Umjesto toga kvantna informacija fotona prenosi se kroz skupinu atoma laserom na kontrolirani način te u njima može biti pohranjena neko vrijeme." Foton je pretvoren u pobudu atoma iz koje se može povratiti.
Nakon dvije mikro sekunde, vremenskog razdoblja u kojem svjetlost prevali u normalnim uvjetima oko pola kilometra, kontrolni laser se koristio za poticaj atoma da emitiraju svjetlo natrag u stakleno vlakno. Svojstvo fotona ostalo je potpuno isto - a to je važan preduvjet za kvantnu komunikaciju.
Biti u stanju pohraniti fotone važan je tehnološki korak u kvantnoj komunikaciji za velike udaljenosti.. "Kvantna fizika omogućuje nam da stvorimo vezu između pošiljatelja i primatelja, a da je pri tome nemoguće prisluškivanje", kaže Arno Rauschenbeutel. "Temeljni zakoni kvantne fizike osiguravaju da nitko ne može dodirnuti ili zaviriti u komunikacijsku vezu a da pri tome ne bude primijećen".

Izvor: TU Wien / Centar za kvantnu znanost i tehnologiju u Beču (C. Sayrin, C. Clausen, B. Albrecht, P. Schneeweiss, A. Rauschenbeutel. Storage of fiber-guided light in a nanofiber-trapped ensemble of cold atoms. Optica, 2015; 2 (4): 353 DOI: 10.1364/OPTICA.2.000353)