Fotony mają w zwyczaju przenikanie przez siebie bez zakłóceń w próżni, a przy tym podróżują z prędkością światła, więc są niezwykle cenne w technologiach związanych z przesyłaniem danych. Światło odgrywa kluczową rolę w niektórych instrumentach pomiarowych, gdyż w dość łatwy sposób za jego pomocą można określić niewielkie odległości. Czułość aparatów medycznych zależy jednak od średniej liczby fotonów w systemie.
Czytaj też: Smartfony będą jeszcze bardziej użyteczne, czyli jak uczynić z telefonów jeszcze ważniejsze narzędzie
Trzeba jednak wiedzieć, że fotony mogą oddziaływać z materiałami, przez które przenikają, np. szkło. Tylko w przypadku wysokoenergetycznego światła laserowego, natężenie ma wpływ na wspomnianą interakcję. Naukowcy z Uniwersytetu w Bazylei byli w stanie zaobserwować te oddziaływania – zauważyli, że pojedynczy foton przelatywał przez ich instrument pomiarowy wolniej niż dwa fotony, co opisali w Nature Physics.
Pojedynczymi fotonami też można manipulować
Badacze po raz pierwszy zademonstrowali postulowaną przez Einsteina w 1916 r. stymulowaną emisję światła dla pojedynczych fotonów. Efekt ten był podstawą do wynalezienia lasera i wcześniej był obserwowany tylko dla dużej liczby fotonów. Teraz udało się go odtworzyć w mniejszej skali.
Urządzenie, które zbudowaliśmy, wywołało tak silne interakcje między fotonami, że byliśmy w stanie zaobserwować różnicę między jednym fotonem wchodzącym w interakcję w porównaniu z dwoma. Dr Natasha Tomm z Uniwersytetu w Bazylei
Aby manipulować światłem w opisany sposób, uczeni stworzyli specjalną wnękę w półprzewodniku, w której uwięziono fotony. Miała ona także kropkę kwantową (sztuczny atom), która sprawiała, że wchodzące do układu fotony stają się splątane. Stan splątany to swoista “wspólnota losu”, w której dublet fotonów zachowuje się inaczej niż pojedyncze foton.
Czytaj też: Aparat, jakiego jeszcze nie było. Ma aż 54 obiektywy i pozwoli zobaczyć to, co niewidoczne gołym okiem
Już wcześniejsze badania wykazały, że splątane fotony pozwalają na bardziej czułe pomiary o wyższej rozdzielczości. Technika ta jest skuteczna dla próbek biologicznych wrażliwych na światło, m.in. mikroskopowych, które są zazwyczaj bardzo małe. Uczeni mają nadzieję, że dzięki temu odkryciu, będzie możliwe praktyczne zastosowanie splątanych fotonów, które do tej pory miały tylko znaczenie teoretyczne.
Przyszłe badania skupią się na zastosowaniu tego podejścia do generowania stanów światła przydatnych w odpornych na błędy obliczeniach kwantowych, które są już prowadzone przez firmy takie, jak PsiQuantum i Xanadu.