A fény megállításával kapcsolatos kutatásokban Michal Bajcsy a Harvard Egyetem hallgatójaként vett részt. A Szlovákiából a Harvardra került kutató
Michal Bajcsy
kérdéseinkre e-mailben elküldött válaszában hangsúlyozta, hogy bár az ő nevével kezdődött a Nature-ben megjelent cikk szerzőinek sora, a kutatócsoportot Mihail Lukin vezeti. A napok alatt világhírűvé vált kísérlet elvégzésére pedig Axel André és Mihail Lukin közös cikke tett javaslatot, a Physical Review Letters egyik tavalyi számában. A felfedezéshez szükséges berendezés összeállítását Alekszandr Zibrov végezte, az ő tapasztalata, tudása, ismeretei nélkül Bajcsy szerint nem sikerült volna a kísérlet.
Az újdonság
A fény megállításával, lelassításával, megállításával évek óta próbálkoznak a kutatók. Két évvel ezelőtt ez már két, egymástól függetlenül dolgozó harvardi kutatócsoportnak is sikerült. Az egyiket a már említett Mikhail Lukin vezette, a másikat Lene Vestergaard Hau. Ezekben a kísérletekben előbb elnyelették a fényt (az úgynevezett szignálimpulzust) egy gázzal, aztán útjára bocsátottak egy másik impulzust, amelyet a gáz engedett tovább. A két évvel ezelőtti kísérletekben tehát még nem ugyanaz a szignálimpulzus hagyta el a gázt, mint amelyik „belement”. A mostani, legújabb felfedezés viszont, amely három tudós, Mihail Lukin, Michal Bajcsy és Alekszandr Zibrov nevéhez fűződik, már ugyannak a fényimpulzusnak a megállítását és továbbengedését jelenti. Lukin ezt úgy fogalmazta meg a CNN-nek, hogy „oly módon sikerült megállítaniuk a fényt, hogy nem vették el az összes energiáját”.
A Bajcsyék által leírt kísérlet a PhysicsWeb internetes újság szerint az elektromágnesességgel indukált transzparencia (EIT) elvén alapul. Ez azt jelenti, hogy az elektromágneses úton gerjesztett rubídium gáz atomjai „átláthatóvá” válnak a fény számára. Ezt két, egymással szemben a gázba eresztett kontroll-lézersugár segítségével érték el a tudósok. Ezek a sugarak olyan interferenciát hoznak létre, amely csapdába ejti a gyenge szignálsugarat, amely a kontrollok lekapcsolása után „sértetlenül” távozhat a gázból. E kísérletben a szignálsugárnak csak a holografikus, vagy ahhoz hasonló lenyomata marad meg a rubídium atomokon, nem vesznek el a fotonok a gázban.
Michal Bajcsy egy korábbi, a PhysicsWebnek adott nyilatkozatában a két kontrollsugár által alkotott interferencia-mintázatról elmondta: ez a struktúra parányi tükrök sokaságaként ide-oda veri vissza a fényt, és így tulajdonképpen csapdába ejti a szignálimpulzust. A „kis tükrökön” megmarad a szignál holografikus lenyomata, de nem a fotonok „ragadnak bele” a rubídium atomokba.
A kísérlet jelentősége
Amikor a kísérlet jelentőségéről kérdeztük, Bajcsy elmondta, hogy módszerük elsősorban a gyenge (halvány) fénysugarak, fényimpulzusok kölcsönhatásának vizsgálatában jelent új megközelítést. De a fényimpulzus által hordozott információ feldolgozásában is újdonságokat hozhat magával.
Bajcsy szerint ugyanis a probléma eddig leginkább az volt, hogy a fényimpulzusok nem léptek kölcsönhatásba egymással. Ez általában és többnyire jó dolog, de van, amikor nagyon hasznos lenne, ha erős kölcsönhatás lépne fel közöttük. A fényimpulzust mozdulatlanul tartva időt nyernek ahhoz, hogy a rubídium atomok katalizátorként működjenek közre, és közvetítsék a fényimpulzusok kölcsönhatásait.
Ez hosszabb távon a kvantumos információfeldolgozás (quantum information processing, QIP) és a nagy távolságú információtovábbítás számára lehet nagy jelentőségű, méghozzá úgy, hogy kicsi az esélye a „lehallgatásnak”. Ugyancsak hozzájárulhat Bajcsy szerint a hagyományos száloptikás kommunikáció és adatfeldolgozás hatékonyságának javításához, minthogy ezek a fényt mint információhordozót használják fel.
QIP – a jövő technológiája?
A mostani kísérlet kapcsán sokszor felvetődik a kvantumszámítógépek kidolgozásának ötlete. Amikor erről kérdeztük, Bajcsy leszögezte: nem kvantumszámítógépekről van szó, mert ez félrevezető kifejezés. Inkább a kvantumos információfeldolgozás (a már említett QIP) kifejezést érdemes használni. Ez szerinte egy most kialakulóban lévő kutatási terület, egyelőre csupán „egyszerű demonstrációkig” jutott a teória, vagyis nem a gyakorlati alkalmazások szintjén mozog. Bajcsy szerint a lehető legkorábbi QIP-alkalmazások tíz év múlva jelenhetnek meg, de ezek még parányi eszközök lesznek, a technológia inkább csak húsz év múlva terjedhet el szélesebb körben, a kutatások mai állása szerint. Mindez egyébként még így is gyorsabb ütemű fejlődést mutathat, mint az egyszerű tranzisztorok negyvenes évekbeli megjelenése és az asztali számítógépek elterjedése között eltelt negyven-ötven éves periódus.
A Harvardon végzett kísérlet nyomán rögtön az jutott az újságírók és a fizikusok eszébe, hogy a fény megállítása az elektromos áramhoz hasonlóan szabályozhatóvá teszi a fénysugarakat. Mindez nagy jelentőségű lehet a számítástechnikában, hiszen a jelenlegi komputerek azon az elven működnek, hogy folyik-e áram vagy nem. A nulla vagy egy, igen vagy nem eldöntésére eddig tehát csak az elektromos áramot lehetett felhasználni. A mostani kísérlet azonban azt bizonyította, hogy a tudósok a korábbinál nagyobb fokú kontrollt tudnak gyakorolni a fény fölött, és ez az optikai távközlésben, a kvantumszámítógépek kialakításakor nagy előrelépést eredményezhet. Mindezt a Harvard Egyetem fizika tanszékének honlapja is kiemeli, a kvantumszámítógépek és az optikai távközlés távlati fejlesztésére utalva.
Amikor az esetleges számítástechnikai felhasználásról kérdeztük, a Harvard Egyetem kutatója közölte: mostani kísérletük a fény kontrolljáról szólt, de nem számítástechnikai, hanem egyelőre csupán tisztán tudományos szempontból. Az még csupán lehetséges feltételezés, hogy az általuk kidolgozott eszköz alkalmas lehet-e további felhasználásra. Az is elképzelhető, hogy nem jár majd gyakorlati sikerrel. Ígéretesnek tűnik ugyan a felfedezés, de sok munka szükséges még Bajcsy szerint ahhoz, hogy meghatározhassák: miként lehet a mostani eredményeket a gyakorlatban is alkalmazni.
