Aki megállította a fényt – Michal Bajcsy a szenzációs kísérletről

A fény megállításával kapcsolatos kutatásokban Michal Bajcsy a Harvard Egyetem hallgatójaként(!) vett részt.

A Szlovákiából a Harvardra került kutató szerkesztőségünk kérdéseire 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 Mikail Lukin közös cikke tett javaslatot, a Physical Review Letters egyik tavalyi számában. A felfedezéshez szükséges berendezés összeállítását Alekszandr Zibrov végezte, akinek a kísérletezésben meglévő tapasztalata, tudása, ismeretei nélkül – Bajcsy szerint – nem sikerült volna a kísérlet.

Az újdonság

De nézzük, miről is volt szó a fantasztikus kísérletben: a fény megállításával, lelassításával, megállításával évek óta próbálkoznak a kutatók. Két évvel ezelőtt ez már két, egymástól függetlenül dolgozó harvardi kutatóműhelynek is sikerült. Az egyik műhelyt a már említett orosz származású Mikhail Lukin vezette, a másikat a dán 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 (legalábbis a BBC szerint, bármennyire is szerénykedett Bajcsy, lapunknak nyilatkozva), viszont már ugyannak a fényimpulzusnak a megállítását és továbbengedését jelenti. Lukin ezt úgy fogalmazta meg a CNN-nek adott nyilatkozatában, hogy „oly módon sikerült megállítaniuk a fényt, hogy nem vették el az összes energiáját”.

A kísérlet

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. Mindezt két, egymással szemben a gázba eresztett kontroll-lézersugár segítségével érték el a tudósok.

Tették ezt azért, mert ezek a sugarak olyan interferenciát hoznak létre, amelyek csapdába ejtik 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. Ez a felfedezés aztán 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 vannak olyan pillanatok, amikor nagyon hasznos lenne, ha erős kölcsönhatás lépne fel közöttük. A fényimpulzust mozdulatlanul tartva viszont időt nyernek ahhoz, hogy a rubídium atomok katalizátorként működjenek közre, és közvetítsék a fényimpulzusok kölcsönhatásait.

Ami a gyakorlati felhasználást illeti, Bajcsy kitért arra, hogy mindez hosszabb távon a kvantumos információfeldolgozás (quantum information processing, QIP – erről az alábbiakban még szó esik majd) és a nagy távolságú információ-továbbítás számára lehet nagy jelentőségű, méghozzá úgy, hogy kicsi az esélye a „lehallgatásnak”.

A kutatás ugyancsak hozzájárulhat Bajcsy szerint a hagyományos száloptikás kommunikáció és adatfeldolgozás hatékonyságának javításához, minthogy ezek a fényt mint információhordozót használják fel.

Számítástechnikai alkalmazások?

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 szerkesztőségünk az esetleges számítástechnikai felhasználásról kérdezte Bajcsyt, kérdésünkre a Harvard Egyetem kutatója közölte: a mostani kísérletük a fény kontrolljáról szólt, de nem számítástechnikai, hanem egyelőre csupán tisztán tudományos szempontból.

Az, hogy az általuk kidolgozott eszköz alkalmas lehet-e további felhasználásra – nos, ez még csupán lehetséges feltételezés, az is elképzelhető, hogy mindez 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.

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 kifejlődőben lévő kutatási terület, egyelőre csupán „egyszerű demonstrációkig” jutott ez a teória, vagyis nem a gyakorlati alkalmazások szintjén mozog ez a tudományterület.

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.

Kapcsolódó cikkünk: