Optici a výzkum fotonu: „dvojčata“ v jednom čísle prestižního časopisu

Dvojí zastoupení budou mít vědci z katedry optiky přírodovědecké fakulty v nadcházejícím čísle prestižního fyzikálního časopisu Physical Review Letters. Společným jmenovatelem článků jsou neklasické vlastnosti fotonu. Publikace představí nové teoretické výsledky a experimenty, které se uskutečnily kromě Olomouce i v laboratořích Univerzity v Innsbrucku a na Tokijské univerzitě.

„Oba články rozdílným způsobem ukazují, že vysoce neklasické vlastnosti jediného fotonu lze dobře přenášet. To je klíčové jak pro pochopení jeho vlastností, tak pro budoucí vývoj optických komunikací,“ uvedl vedoucí týmu Radim Filip.

Velký podíl doktorandů

Především doktorandi katedry v čele s Ivo Strakou a Lukášem Lachmanem experimenty prokázali, že foton, tedy jakýsi balíček energie světla, lze přenášet i na delší vzdálenosti. Podle zúčastněných se jednalo o ideální kombinaci základního výzkumu a jeho aplikace. „Jednak jsme zjišťovali, jak se chová jedna izolovaná částice světla, jaké má kvantové vlastnosti. To má blízko k aplikacím, neboť jsme určovali limity použitelnosti speciálních stavů světla pro budoucí využití v optických komunikacích. Potvrdili jsme, že přenos těchto speciálních stavů je možný. To se dosud nevědělo. Vzdálenost přenosu na telekomunikační lince jsme odhadli asi na sto osmdesát kilometrů,“ uvedl Miroslav Ježek, který experimenty řídil.

Výzkumníci také srovnávali vlastnosti fotonů, které byly generovány různými fyzikálními systémy. „Ukázali jsme, že minimálně u tří typů zdrojů má generovaný foton velmi odlišné vlastnosti, které dosud nebyly známy,“ doplnil Straka.

Hlavním předmětem druhého článku je bezšumová teleportace fotonu. „Tato metoda je známá, ale náš přínos spočíval v analýze dat a potvrzení skutečnosti, že bezšumová teleportace jediného fotonu je možná. Bez vysoce kvalitní práce japonských kolegů, s nimiž spolupracujeme, by to ale nebylo možné,“ řekl jeden z autorů Petr Marek. Zdůraznil, že dlouhodobá spolupráce se zahraničními laboratořemi pomáhá olomouckému týmu k přenosu experimentálního know-how, které je světově unikátní. 

Foton z různých pohledů

Experimenty měly hodně společného, ale rozcházely se v pohledu na foton. „Jedna laboratoř se na něj dívala jako na částici a měřila jeho částicové vlastnosti. Japonská laboratoř sice na foton pohlížela také jako na částici, ale používala při experimentech detektory, které jsou schopné měřit spíše vlnové vlastnosti. To zatím v Česku neumíme,“ uzavřel Filip.

Foton je v centru zájmu olomouckých optiků již několik let. Nedávno se jim například díky speciální technologii, kterou vyvinuli japonští partneři, podařilo jako prvním na světě foton stlačit. Výsledky publikovali také v časopisu Physical Review Letters.