Litewscy naukowcy zmieniają zasady optyki! Nowa metoda formowania wiązek światła?

Naukowcy z Wydziału Fizyki Uniwersytetu Wileńskiego opracowali nowy model teoretyczny, który pozwala sterować zachowaniem światła za pomocą odpowiednio przygotowanych atomów. Osiągnięcie to może mieć duże znaczenie dla rozwoju technologii kwantowych, ponieważ umożliwia kontrolowanie złożonych wiązek laserowych bez konieczności stosowania silnych pól magnetycznych i skomplikowanej aparatury.

Badania koncentrowały się na tzw. wirach optycznych, czyli szczególnych wiązkach światła o spiralnej strukturze. Tego rodzaju światło może przyjmować bardzo dużą liczbę różnych stanów, dzięki czemu jest uznawane za jedno z najbardziej obiecujących narzędzi przyszłej komunikacji kwantowej. W praktyce oznacza to możliwość przesyłania znacznie większej ilości informacji przez pojedynczy foton, co w przyszłości może przełożyć się na szybsze i bardziej wydajne systemy przesyłu danych.

Badacze analizowali również polaryzację światła, czyli sposób drgania fal elektromagnetycznych. Połączenie polaryzacji z wirującą strukturą wiązki prowadzi do powstania tzw. wirów wektorowych, które mogą znaleźć zastosowanie w zaawansowanym przetwarzaniu informacji. To właśnie takie uporządkowane światło jest obecnie przedmiotem intensywnych badań związanych z rozwojem komputerów kwantowych i nowych metod komunikacji.

Mogą pełnić funkcję niezwykle precyzyjnych narzędzi

W ramach projektu naukowcy opracowali model pokazujący, w jaki sposób odpowiednio przygotowany gaz atomowy może wpływać na przechodzące przez niego światło. Atomy zostały wcześniej „zaprogramowane” za pomocą światła tak, aby zmieniały właściwości wiązek laserowych. W rezultacie powstaje wzajemne oddziaływanie między światłem a materią, dzięki któremu możliwe staje się precyzyjne kontrolowanie struktury i parametrów światła.

Przeprowadzone symulacje wykazały, że podczas przechodzenia przez taki ośrodek wiązka światła zmienia swój kształt i tworzy bardziej złożone wzory. Jednocześnie zmieniają się również właściwości związane z polaryzacją. Oznacza to, że odpowiednio przygotowane atomy mogą pełnić funkcję niezwykle precyzyjnych narzędzi umożliwiających sterowanie światłem na poziomie, który dotychczas był bardzo trudny do osiągnięcia.

Znaczenie tych badań wykracza daleko poza samą fizykę teoretyczną. Dotychczas uzyskanie podobnych efektów wymagało stosowania silnych pól magnetycznych, a więc kosztownych i rozbudowanych urządzeń. Nowe rozwiązanie eliminuje tę konieczność, ponieważ cały proces odbywa się wyłącznie przy wykorzystaniu światła. Dzięki temu przyszłe systemy mogą być prostsze, mniejsze i łatwiejsze do zastosowania poza laboratoriami.

Wyniki badań mogą znaleźć praktyczne zastosowanie w wielu dziedzinach nowoczesnych technologii. Jednym z najważniejszych obszarów są komputery kwantowe, które w przyszłości mają umożliwić wykonywanie obliczeń niedostępnych dla współczesnych superkomputerów. Opracowane rozwiązania mogą również przyczynić się do rozwoju wyjątkowo bezpiecznych sieci komunikacji kwantowej, w których przechwycenie przesyłanych danych byłoby praktycznie niemożliwe. Kolejnym potencjalnym zastosowaniem są niezwykle czułe czujniki optyczne wykorzystywane w medycynie, przemyśle oraz badaniach naukowych.

Litewskie badania pokazują, że coraz lepsze poznanie oddziaływań między światłem i materią może stać się jednym z fundamentów technologii przyszłości. Choć mają one charakter podstawowy, ich rezultaty mogą w kolejnych latach przełożyć się na powstanie szybszych systemów obliczeniowych, bardziej wydajnych metod przesyłania informacji oraz nowych urządzeń wykorzystujących zjawiska kwantowe. Pokazuje to, jak badania teoretyczne mogą stopniowo przekształcać się w rozwiązania o znaczeniu praktycznym, wpływające na rozwój nowoczesnej elektroniki i komunikacji.

Źródło: Uniwersytet Wileński

Czytaj też: Guerlain łączy siły z biofizykami! To przełom dla przyszłości naszej skóry?

Grafika tytułowa: Arkadius Bies / Unsplash