Společnému týmu Centra excelence Grantové Agentury ČR (GA ČR), který tvoří vědci z katedry optiky Přírodovědecké fakulty UP a Ústavu přístrojové techniky AV ČR v Brně, se jako prvnímu na světě podařilo detekovat kvantové vlastnosti světla pocházejícího z velkého počtu jednoatomových zdrojů. Výsledek vědecké práce společného týmu byl publikován v nejprestižnějším americkém fyzikálním časopise Physical Review Letters.
Takzvané neklasické záření má vlastnosti vymykající se obvyklé optice. Díky tomu může mít v budoucnu široké uplatnění v kvantových technologiích, které v posledních letech zažívají velký rozmach například v oblasti telekomunikací a kvantových počítačů.
„Prezentovaný experiment jasně ukazuje, že když zvyšujeme počet jednofotonových emitorů, kvantové vlastnosti emitovaného světelného záření zůstávají zachované a schopnost měřit je neklesá nijak dramaticky,“ popsal výsledky vědecké práce Lukáš Slodička z katedry optiky. Podle něj tento experiment otevírá zcela nový pohled na popis světla aparátem kvantové fyziky, protože ukazuje, že i pro velmi intenzivní světelné toky blížící se řádově zlomkům lumenů mohou být jejich pozorovatelné vlastnosti neslučitelné s klasickým chápáním elektromagnetického záření.
Společnému experimentálnímu týmu se v nové laboratoři v Brně podařilo neklasické záření detekovat z krystalu s více než tisícem emitorů – atomových iontů vápníku. Atomy byly zachyceny ve vakuu za tlaku přibližně 10 -14 baru a ochlazeny lasery na teplotu v řádu desítek mikrokelvinů, tedy velmi blízko absolutní nule.
„Z hlediska náročnosti se jednalo o nejkomplikovanější experiment, který jsem zatím měřil, protože se neustále objevovaly problémy, které vás při klasickém experimentu nepotkají,“ podotkl s úsměvem Petr Obšil z katedry optiky. Neklasické záření lze sice běžně měřit z jediného emitoru, ale jeho pozorování z vysokého počtu nezávislých zdrojů produkujících jednotlivá kvanta záření, tedy fotony, už představuje značný experimentální problém.
„Jsem rád, že se podařilo experimentálně pozorovat vlastnosti světla v souladu s teoretickými predikcemi, které dlouho čekaly na toto významné potvrzení. Neklasické vlastnosti světla jsou totiž hůře viditelné s rostoucím počtem emitorů, což je typické pro situace, kdy kvantový svět přechází do klasického, který lidé vnímají kolem sebe,“ komentoval výsledky experimentu vedoucí olomouckého týmu Radim Filip.
„Vědecký tým tvořila pestrá směs nejrůznějších vědeckých i technických odborníků obou institucí, kteří mají dlouhodobé zkušenosti od čisté teorie přes experiment až po elektroniku. Jmenoval bych především Lukáše Lachmana, Pham Minh Tuana a Adama Lešundáka,“ dodal vedoucí brněnského týmu Ondřej Číp.
I když se jedná o základní výzkum, vědci už mají představu o možném využití těchto poznatků v praxi. Prezentované výsledky mohou najít uplatnění při charakterizaci mikroskopických zdrojů světla, například jednotlivých atomů či kvantových teček.