Při zkoumání kvantových aplikací, jako jsou kvantové počítače či kryptografie nebo teleportace, se vědci opírají o velmi zvláštní fenomén známý jako kvantová provázanost.
Tento jev je tak neobvyklý, že se s jeho existencí nedokázal smířit ani věhlasný Albert Einstein, který ho nazval "strašidelným působením na dálku". Přesto byl tento efekt skutečně pozorován a v minulosti i opakovaně prokázán.
Laserové generátory
Provázaností se v tomto případě myslí vzájemná závislost vlastností dvou částic bez ohledu na vzdálenost mezi nimi. Cokoli se pak v tomto stavu stane s jednou částicí, má okamžitý vliv i na druhou. Jinak řečeno, pokud změníme u první částice provázaného páru například spin, změní se tato vlastnost ihned i u druhé, ať už se obě částice nacházejí třeba několik světelných let daleko od sebe.
Ovšem provázat elementární částice mezi sebou, což se pro rozvoj výše zmíněných technologií ukazuje jako velmi důležité, ne-li přímo nezbytné, je velice obtížný úkol, který vyžaduje speciální laboratorní podmínky. Vědci k výrobě provázaných fotonových párů běžně používají generátory, ve kterých se působením laseru jeden foton rozdělí na dva.
Jenže má to háček – výkonnost takových systémů je velice malá, skutečně kvantově provázané fotony získáme tímto způsobem jen asi v jednom případě ze sta, což významně omezuje jejich praktické využití. Navíc jsou laserové generátory zařízení značných rozměrů, takže o jejich aplikaci v mikrosystémech nemůže být ani řeč.
12krát vyšší výkon
Všechny tyto problémy by mohl překonat nový typ generátoru, který vyvinuli vědci z francouzského Národního střediska pro vědecký výzkum (Centre national de la recherche scientifique, CNRS). Výzkumníci vytvořili systém s tzv. fotonickou molekulou, ve kterém polovodičová kvantová tečka vysílá pár provázaných fotonů, přičemž proces je opět stimulován dopadem laserového pulzu.
Fotonická molekula zároveň funguje i jako past, tudíž by se v ní daly kvantově provázané fotony i skladovat. Prozatím sice vyprodukuje jeden fotonový pár při každém osmém pulzu, ale i to je asi 12krát více než u jiných obdobných zařízení.
Vědci ale slibují další vylepšení a poněkud optimisticky tvrdí, že ani dosažení 100procentní účinnosti není mimo jejich možnosti. Kvantové tečky jsou nanokrystaly z polovodičových materiálů schopné vázat nosiče nábojů (fungují jako potenciálové jámy), jejichž rozměry se pohybují okolo 20 nanometrů.
Díky svým kvantovým vlastnostem se podobají atomům a užívají se ve speciálních zařízeních, u nichž je potřeba pracovat s jednotlivými fotony či elektrony. Nový generátor by měl v budoucnu umožnit vývoj elektroluminiscenčních diod vyzařujících kvantově provázané páry fotonů, jež by se jednou mohly stát klíčovými komponenty budoucích kvantových procesorů.
Zdroj: www2.cnrs.fr
Image credit: Jean-Louis Le Hir
