18.11.2017
PL EN
19.05.2017 aktualizacja 19.05.2017

Informacja kodowana w świetle

Paparazzi, któremu udało się „podejrzeć” i sfilmować dobieranie się fotonów w pary, otrzymał wyróżnienie w tegorocznej edycji Programu START FNP. Michał Jachura z Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego opisuje nieznane zjawiska związane z kwantową naturą światła. Badania mogą się przydać m.in. w kryptografii kwantowej, czyli kodowania informacji w świetle.

Młody badacz zgłębia efekt Hong-Ou-Mandla, nazywany też interferencją dwufotonową. Polega on na „łączeniu się” nierozróżnialnych fotonów w pary. Obserwację i rejestrację eksperymentów umożliwia układ detekcyjny opracowany przez warszawskich fizyków. Michał Jachura i Radosław Chrapkiewicz z Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego (FUW) jako pierwsi na świecie, przy użyciu najnowszej generacji kamery, sfilmowali pojedyncze fotony, które dobierają się w pary.

„Efekt Hong-Ou-Mandla obserwuje się za pomocą pary detektorów, zazwyczaj fotodiod lawinowych, umieszczonych w dwóch ramionach wyjściowych płytki oraz modułu elektronicznego rejestrującego tylko te przypadki, gdy obydwa detektory zaobserwowały foton równocześnie” - wyjaśnia Jachura.

Niektóre zastosowania interferencji dwu- i wielofotonowej, takie jak kwantowo polepszane techniki obrazowania, wymagają jednak, żeby oprócz binarnej informacji o tym, że foton został zarejestrowany, znane były również współrzędne przestrzenne punktu, w którym nastąpiła detekcja.

„Detekcja par fotonów oraz ich interferencji możliwa jest za pomocą niskoszumnej kamery sCMOS wyposażonej w zewnętrzny wzmacniacz obrazu. W naszym układzie informacje o położeniu wykrytych par fotonów odczytujemy bezpośrednio z klatek zarejestrowanych przez kamerę. Dzięki wzmacniaczowi obrazu każdy z zarejestrowanych fotonów widoczny jest na klatce jako jasny rozbłysk o bardzo dużym stosunku sygnału do szumu” - dodaje Jachura.

Jak tłumaczy wyróżniony stypendysta, przyszłość obecnie rozwijanych protokołów kwantowej komunikacji zależy w kluczowy sposób od wydajności metod umożliwiających pełną charakteryzację stanów kwantowych pojedynczych fotonów. Przestrzenna struktura fotonów opisywana przez funkcje falową jest, obok struktury widmowej, najbardziej obiecującym nośnikiem informacji podczas komunikacji w wolnej przestrzeni, na przykład podczas łączności satelitarnej. Niestety dokładna charakteryzacja funkcji falowej pojedynczego fotonu, wciąż stanowi bardzo duże wyzwanie eksperymentalne.

Jachura wraz ze współautorami zaproponował nowatorską metodę rekonstrukcji przestrzennej funkcji falowej nieznanego fotonu polegającą na jego interferencji, czyli „łączenia się” w parę z fotonem o znanych właściwościach. Metoda ta wykorzystuje bozonowe właściwości fotonów i może również znaleźć zastosowanie w rekonstrukcji fazy przestrzennej funkcji falowej pojedynczego atomu o spinie całkowitym.

W ramach Programu START Fundacja na rzecz Nauki Polskiej przyznaje wyróżnienia młodym naukowcom, których wysoka jakość dorobku naukowego została uznana za wybitną przez jurorów konkursu. W tym roku wyróżnienia otrzymało trzech laureatów. Stypendia tych osób zostaną podwyższone do kwoty 36 tys. zł. Pozostali wyróżnieni to: dr Joanna Kułaga-Przymus z Uniwersytetu Mikołaja Kopernika w Toruniu. i Mateusz Konczal z Uniwersytetu im. Adama Mickiewicza w Poznaniu.

Więcej temat badań Michała Jachury w serwisie Nauka w Polsce – tutaj oraz tutaj.

PAP – Nauka w Polsce

kol/

Partnerzy

Copyright © Fundacja PAP 2017