Rádiózás kvantumszinten

A világ legkisebb „rádió adó-vevő rendszere” két molekulából áll, amelyek között fotonok szállítják a kvantuminformációkat.

Rádiózás kvantumszinten

A modern fizika hajnala óta tudjuk, hogy míg a mindennapi események többsége jól leírható a klasszikus fizika segítségével, addig fény és anyag kölcsönhatásának megértéséhez már kvantummechanikai ismeretek szükségesek. Az évszázados bölcsesség ellenére az igazi kvantummechanikai folyamatok megfigyelése továbbra is az újdonság erejével hat, és még laboratóriumi körülmények között is figyelemre méltó eredménynek számít. A tudományterület iránt az utóbbi időben különösen megnőtt az érdeklődés, mivel sokan a kvantummechanikától várják a jobb és hatékonyabb információ-feldolgozás módszereinek megvalósítását.

Az egyik legalapvetőbb elképzelés szerint egyetlen atom vagy molekula adná a legegyszerűbb kvantumrendszer alapját, amelyben a kvantumbit szerepét töltené be és „irányítását” egy-egy foton által szállított jelek tennék lehetővé. Az elmúlt húsz év folyamán eljutottunk odáig, hogy lehetséges egyetlen molekula megfigyelése, és képesek vagyunk önálló fotonok generálására is. A molekula gerjesztése egy ilyen a fotonnal viszont mindeddig nehézségekbe ütközött, mivel nagyon kicsinek bizonyult annak esélye, hogy a molekula észleli és elnyeli a fotont. Az eddigi tapasztalatok alapján másodpercenként milliárdnyi fotonnal kell bombázni egy-egy molekulát, hogy a „jel” célba érjen.

Az egyik módszer ezen nehézségek leküzdésére az lehet, ha a vevő atom egy zárt térben van elhelyezve, és a beérkező foton elég ideig marad vele „összezárva”, hogy a kívánt kölcsönhatás létrejöjjön. A Zürichi Műszaki Főiskola (ETHZ) és a Max Planck Intézet erlangeni kutatói sikeresen demonstrálták, hogyan lehetséges egyetlen foton és egy molekula biztos interakcióját elérni. A számos kihívás mellett először is a szükséges frekvenciával és sávszélességgel rendelkező fotonforrásra volt szükségük. Sokféle lézert találni a piacon manapság, de azok, amelyek egyesével képesek fotonokat kibocsátani, nem tartoznak ezek közé.

A Vahid Sandoghdar professzor vezette kutatócsoport így először ennek megépítéséhez kezdett hozzá. Amikor egy atom vagy molekula elnyel egy fotont gerjesztett állapotba kerül. Pár nanoszekundum elteltével aztán visszaáll alapállapotába, és eközben pontosan egy fotont sugároz ki. A kísérlet folyamán két, fluoreszkáló molekulákat tartalmazó mintát ágyaztak be organikus kristályokba, majd másfél Kelvinre hűtötték le ezeket.

Az „adónak” kinevezett molekulák közül egyet gerjesztett állapotba juttattak. Amikor ez visszatért alapállapotába, az általa kibocsátott fotont a pár méternyire lehelyezett „vevő” molekuláira irányították. Annak érdekében, hogy a molekulák közül egy biztosan „meglássa” a fotont, összehangolták a rendszer frekvenciáit.

Egy molekula mérete nagyjából egy nanométer, a fénysugár átmérőjét viszont pár száz nanométernél kisebbre nem lehet állítani. Ez általában azt eredményezi, hogy a beérkező fény túlnyomó része megkerüli a molekulát. Viszont ha a beérkező fotonok „rezonánsak” a molekula energia-átmeneteivel, akkor a molekula antennaként kezd működni, és magához vonzza a környező fotonokat, így létrejön az elnyelődés.

A Physical Review Letters oldalain publikált tanulmányban leírt eredmények leginkább Herz és Marconi rádiós kísérleteivel hozhatók párhuzamba: ez az első megvalósítása két kvantumoptikai „antenna” nagy távolságú kommunikációjának. Az összeállítás gyakorlatilag egy kvantumszinten megvalósuló rádió adó-vevő rendszer, ahol fotonok szállítják az információkat két molekula között.

Tesztek

{{ i }}
arrow_backward arrow_forward
{{ content.commentCount }}

{{ content.title }}

{{ content.lead }}
{{ content.rate }} %
{{ content.title }}
{{ totalTranslation }}
{{ orderNumber }}
{{ showMoreLabelTranslation }}
A komment írásához előbb jelentkezz be!
Még nem érkeztek hozzászólások ehhez a cikkhez!
Segíts másoknak, mond el mit gondolsz a cikkről.
{{ showMoreCountLabel }}

Kapcsolódó cikkek

Magazin címlap arrow_forward