Velik dosežek raziskovalcev Instituta Jožef Stefan

Do zdaj se je prepletene fotone oz. t. i. kvantno svetlobo snovalo le v trdnih kristalih, ki pa so zaradi svoje toge strukture oteževali manipuliranje in spreminjanje kvantnih lastnosti fotonov oz. svetlobe na hiter in enostaven način. Raziskovalci pa so prvič uspešno zasnovali prepletene fotone oz. kvantno svetlobo v organski snovi, natančneje v tekočih kristalih.

Dosežek so raziskovalci Aljaž Kavčič in Matjaž Humar iz Laboratorija za biološko in mehko fotoniko Odseka za fiziko trdne snovi in Fakultete za matematiko in fiziko Univerze v Ljubljani ter Nerea Sebastian z Odseka za kompleksne snovi skupaj s kolegi z Instituta Max Planck objavili v znanstveni reviji Nature.

Glavne prednosti prepletenih fotonov v tekočih kristalih po besedah Humarja vključujejo večjo mero uporabnosti in fleksibilnosti. "Naša raziskava je prvič pokazala, da lahko lastnosti kvantne svetlobe v tekočih kristalih, ki imajo lastnosti vmesnega agregatnega stanja med tekočino in trdnino, spreminjamo že z enostavnim električnim signalom. To si lahko predstavljamo s spreminjanjem svetlobe žarnice. Če smo na primer prej želeli, da je žarnica enkrat svetila rdeče in drugič zeleno, smo morali žarnico zamenjati. Zdaj pa lahko za spremembo barve svetlobe pritisnemo zgolj na en sam gumb," je pojasnil za STA.

Na ta način lahko prepletene fotone oz. kvantno svetlobo v tekočih kristalih bolje kontrolirajo in prilagajajo, kar poenostavi njeno uporabo v različnih aplikacijah. Podobno kot je možno pri tekočekristalnih zaslonih (LCD) spreminjati svetlost in posledično barvo posameznih slikovnih elementov, je sedaj prvič mogoče spreminjati tudi kvantne lastnosti fotonov oz. svetlobe v tekočih kristalih.

Prepleteni delci so po besedah Humarja poseben pojav v kvantni mehaniki, med najpogosteje uporabljanimi viri prepletenih delcev pa so ravno prepleteni fotoni. "V tem primeru gre za par fotonov, ki sta medsebojno povezana, ne glede na razdaljo med njima, zato jih moramo obravnavati kot celoto. Sprememba stanja enega fotona takoj vpliva na stanje drugega, tudi če sta daleč narazen, na primer vsak na drugem koncu vesolja."

Ravno ta pojav se je po besedah Humarja v zadnjem času izkazal za potencialno uporabnega za številne praktične aplikacije, kot so kvantne telekomunikacije, kvantno računalništvo in kvantno meroslovje. "Naše odkritje tako pospešuje razvoj teh tehnologij. To odpira nove možnosti za razvoj bolj naprednih, učinkovitih in varnih kvantnih komunikacijskih sistemov ter zmogljivejših kvantnih računalnikov, ki lahko rešujejo kompleksne probleme hitreje kot klasični računalniki," je dejal.

Kot je dodal, so kvantne komunikacije še posebej obetavno področje. IJS v sodelovanju s Fakulteto za matematiko in fiziko UL in z drugimi inštituti aktivno dela na raziskavah, ki bi lahko pripeljale do vzpostavitve kvantnih komunikacijskih omrežij, sprva na lokalni, nato pa tudi na mednarodni ravni. Takšna omrežja bi po besedah Humarja lahko povezala mesta po Evropi in s tem bistveno izboljšala varnost prenosa podatkov.