Kwantowy przełom w nowoczesnej fotonice. Odkrycie z Polski!
Międzynarodowy zespół badaczy kierowany przez dr. hab. inż. Macieja Pieczarkę z Politechniki Wrocławskiej dokonał przełomowego odkrycia, które zmienia sposób myślenia o działaniu laserów półprzewodnikowych.
Naukowcy wykazali, że kondensat Bosego–Einsteina – wyjątkowy stan materii kojarzony dotąd z bardzo niskimi temperaturami i wyspecjalizowanymi laboratoriami – może powstawać w standardowych laserach półprzewodnikowych typu VCSEL, powszechnie stosowanych m.in. w telekomunikacji.
Najważniejsze w tym osiągnięciu jest to, że zjawisko nie zostało zaobserwowane w sztucznie uproszczonym eksperymencie, lecz w realnym urządzeniu technologicznym, jakie już dziś znajduje się w sieciach światłowodowych i systemach transmisji danych. Oznacza to, że zaawansowana fizyka kwantowa może bezpośrednio przenikać do codziennie używanych technologii.
Kondensat Bosego–Einsteina to stan, w którym wiele cząstek zaczyna zachowywać się jak jeden, wspólny obiekt – swoista „fala makroskopowa”. Do tej pory sądzono, że dotyczy to głównie atomów schłodzonych niemal do zera absolutnego. Wrocławscy naukowcy wykazali, że podobny efekt może dotyczyć także fotonów, czyli cząstek światła, jeśli zostaną one odpowiednio „uwięzione” w strukturze lasera i będą intensywnie wymieniać energię z materiałem półprzewodnikowym.
W praktyce oznacza to zupełnie nowy tryb pracy lasera. Emisja światła pojawia się w warunkach bliskich równowadze termodynamicznej i przy znacznie mniejszym poborze energii, niż wymagają klasyczne lasery. To przełomowe odkrycie podważa dotychczasowe założenia inżynierii laserowej i otwiera drogę do projektowania bardziej energooszczędnych i funkcjonalnych źródeł światła.
Znaczenie praktyczne tych badań jest bardzo szerokie. Lasery oparte na kondensacie światła wytwarzają wiązkę o nietypowych, kwantowych właściwościach szumu. Cecha ta może być wykorzystana w nowoczesnych systemach obrazowania, w technologiach LIDAR, a także w kwantowej generacji liczb losowych, która jest fundamentem bezpiecznej kryptografii i zaawansowanych symulacji komputerowych.
Publikacja wyników w prestiżowym czasopiśmie naukowym oraz zainteresowanie środowiska fotonicznego potwierdzają wagę odkrycia. Badania pokazują, że granica między nauką podstawową a praktycznymi zastosowaniami coraz bardziej się zaciera, a technologie przyszłości mogą powstawać dzięki nowemu spojrzeniu na dobrze znane urządzenia.
Źródło: Politechnika Wrocławska
Czytaj też: Rzadka trąbka bojowa z epoki żelaza znaleziona wśród skarbów w Norfolk
Grafika tytułowa: Opt Lasers / Unsplash
