Kolejny Sukces Toruńskich Fizyków

Udostępnij

Dział: Fizyka

Trzem doktorantom z Instytutu Fizyki Uniwersytetu Mikołaja Kopernika udało się dokonać pomiaru kształtu pojedynczego fotonu. Doświadczenie przeprowadzone przez Wojciecha Wasilewskiego, Piotra Kolenderskiego i Roberta Frankowskiego w Krajowym Laboratorium Fizyki Atomowej, Molekularnej i Optycznej w Toruniu pozwala po raz pierwszy "obejrzeć" w całej okazałości pojedynczy foton podróżujący włóknem optycznym.

Zastosowanie toruńskiej metody z pewnością ułatwi wykorzystanie możliwości, jakie stwarza mechanika kwantowa. Udany eksperyment może mieć niebagatelne znaczenie np. przy konstrukcji półprzewodnikowych „pistoletów fotonowych”, które mogłyby wystrzeliwać pojedyncze fotony na żądanie. Może też ułatwić konstrukcję źródeł opartych na naniesionych na powierzchni kryształów światłowodach, które po zminiaturyzowaniu można zintegrować z układem do kryptografii kwantowej. - Być może w przyszłości każdy z nas będzie miał przy sobie miniaturowy układ do kryptografii kwantowej, za pomocą którego wypłaci bezpiecznie pieniądze z bankomatu i nie będzie już musiał nerwowo zasłaniać klawiatury podczas wprowadzania PIN-u?- zastanawiają się autorzy pracy.
Wyniki eksperymentu ukazały się w najnowszym numerze pisma Physical Review Letters, uważanego za najlepsze czasopismo w naukach fizycznych. Publikacja w nim uchodzi za bardzo prestiżową. Na uwagę zasługuje fakt, że praca ta powstała wyłącznie miejscowymi siłami, podczas gdy większość artykułów w tym czasopiśmie jest wynikiem współpracy z grupami zagranicznymi.
Samą pracę można znaleźć pod adresem: http://link.aps.org/abstract/PRL/v99/e123601

Poniżej – opis zawartości pracy dokonany przez jej autorów:

Pomiar kształtu pojedynczego fotonu

Foton jest elementarną porcją światła łączącą w sobie własności fali i cząstki. Stwierdzenie istnienia fotonów legło u podstaw fizyki kwantowej wyjaśniającej szereg zadziwiających zjawisk zachodzących w mikroświecie. Przeprowadzone w Krajowym Laboratorium Fizyki Atomowej, Molekularnej i Optycznej w Toruniu doświadczenie pozwala po raz pierwszy "obejrzeć" w całej okazałości pojedynczy foton podróżujący włóknem optycznym.
Spodziewamy się, że zastosowanie naszej metody ułatwi wykorzystanie bardzo ciekawych możliwości, jakie stwarza mechanika kwantowa.

Słońce, żarówki, a także lasery i wszystkie inne źródła, z którymi stykamy się w codziennym życiu, emitują fotony w dużych grupach. Skutkiem tego kwantowa natura światła ulega zatarciu. Niemniej jednak już ponad sto lat temu Planck i Einstein przewidywali, że światło można wytwarzać w określonych, niepodzielnych porcjach. Ci wybitni uczeni przedstawiali nam światło jako złożone z fotonów o dobrze określonym kolorze i kierunku ruchu.

Obecnie dysponujemy specjalnymi źródłami, które emitują pojedyncze fotony. Znajdują one zastosowanie w kryptografii kwantowej, teleportacji kwantowej, a także proponuje się ich użycie w komputerach kwantowych. Pozwalają przesyłać poufne wiadomości z gwarancją, pełnego bezpieczeństwa. Urządzenia do kryptografii kwantowej od niedawna można kupić. Dokonano również pierwszego przelewu bankowego przy użyciu tej metody.

W laboratorium często wpuszczamy pojedyncze fotony do światłowodów, copowoduje, że te pierwsze uzyskują kształt częściowo narzucony przez światłowód, chociaż wciąż mogą mieć różną długość i kolor. Opracowana przez nas metoda pozwala takie parametry zmierzyć. Za jej pomocą stwierdziliśmy, że źródło, którym dysponujemy w Toruniu najczęściej produkuje fotony o kształcie obłym, długości około 45 mikrometrów (około połowa grubości włosa) i w podobnym kolorze wzdłuż całej długości. Ciekawostką jest, że w przybliżeniu jeden na sześć fotonów ma kształt garbów wielbłąda i długość 65 mikrometrów.

Dla fizyka możliwość dokładnego pomiaru kształtu fotonów jest interesująca z kilku powodów. Po pierwsze są one podstawowymi cząstkami w elektrodynamice kwantowej, teorii, która pozwala wyjaśnić praktycznie wszystkie zjawiska, z jakimi możemy się zetknąć na ziemi, do tego z ogromną precyzją. Po drugie zazwyczaj przedstawia się fotony jako obiekty o ściśle określonym kolorze, a co za tym idzie – ogromnej długości. Z tego powodu możliwość ich obserwacji w innych stanach pobudza do odmiennego spojrzenia na okrzepłe modele teoretyczne i pośrednio ułatwia nam zrozumienie niektórych zjawisk.

Dzięki pomiarowi kształtu fotonów można się także wiele dowiedzieć o samym źródle. Może to mieć niebagatelne znaczenie przy konstrukcji półprzewodnikowych „pistoletów fotonowych”, które mogłyby wystrzeliwać pojedyncze fotony na żądanie, czy też źródeł opartych na naniesionych na powierzchni kryształów światłowodach, które można zminiaturyzować i zintegrować z układem do kryptografii kwantowej. Być może w przyszłości każdy z nas będzie miał przy sobie miniaturowy układ do kryptografii
kwantowej, za pomocą którego wypłaci bezpiecznie pieniądze z bankomatu i nie będzie już musiał nerwowo zasłaniać klawiatury podczas wprowadzania PINu?

Udostępnij

« powrót

Komentarze

Reklama - Wykorzystajmy wspólnie nasz potencjał! • Kontakt • Patronat • Praca dla studentów •