Rozpraszanie światła przez atomy – nowa szybsza metoda komunikacji

W świecie nauki kwantowej, gdzie światło i materia zachowują się w sposób, który często wykracza poza nasze codzienne zrozumienie, naukowcy nieustannie odkrywają nowe zjawiska. Jednym z najnowszych przełomów jest badanie prowadzone przez zespół z Uniwersytetu Humboldta w Berlinie pod kierownictwem Jürgena Volza i Arno Rauschenbeutela. Ich odkrycia mogą przynieść rewolucję w dziedzinie komunikacji kwantowej.

Historia światła i kwantów

Aby zrozumieć znaczenie odkrycia, warto wrócić do początków XX wieku. W 1900 roku Max Planck sformułował hipotezę, mówiącą o tym, że światło nie może wymieniać dowolnych ilości energii z materią, taką jak atom. Zamiast tego wymienia pewne dyskretne „pakiety energii”, które nazwał kwantami. Pięć lat później, Albert Einstein poszedł krok dalej, twierdząc, że światło samo w sobie składa się z tych kwantów, które dzisiaj nazywamy fotonami.

Te fundamentalne idee stały się kamieniem węgielnym współczesnej fizyki kwantowej i doprowadziły do wielu przełomowych odkryć w ciągu ostatniego stulecia.

Rozpraszanie światła przez atomy

Badania nad interakcją światła z atomami prowadzone były od wielu lat. Jednak to, co odkryli naukowcy z Berlina, rzuca nowe światło na to, jak atomy rozpraszają światło. Gdy pojedynczy atom jest pobudzany przez światło laserowe, emituje on foton po fotonie. Interesującym jest to że, jeśli te fotony przejdą przez filtr optyczny, który usuwa pewne składniki koloru, pozostałe fotony zaczynają zachowywać się inaczej. Zamiast pojawiać się pojedynczo, tworzą pary, które opuszczają filtr jednocześnie.

To zjawisko, choć może wydawać się nieintuicyjne, ma jednak konsekwencje dla naszego rozumienia interakcji światła z materią na poziomie kwantowym.

Komunikacja kwantowa

To odkrycie ma ogromne znaczenie dla przyszłości komunikacji kwantowej. Fotonowe pary, które są kwantowo splątane, mogą być używane do „nawigacji” informacji w sposób, który jest niemożliwy do osiągnięcia w tradycyjnych systemach komunikacyjnych. Einstein nazywał to „straszliwą akcją na odległość”, ale dzisiejsi naukowcy widzą w tym ogromny potencjał.

Zespół z Uniwersytetu Humboldta w Berlinie pokazał, że pojedynczy atom może być idealnym źródłem takich splątanych par fotonów. Te pary fotonów mogą zostać użyte do nowych sposobów komunikacji kwantowej na dużą odległość.

Odkrycia zespołu z Berlina otwierają nowe możliwości dla komunikacji kwantowej i innych technologii opartych na świetle i atomach. W erze, w której granice tradycyjnej technologii są stale przesuwane, takie badania pokazują, że wciąż istnieje wiele do odkrycia w kwantowym świecie.

Szymon Ślubowski