Nie jest przy tym jedynie ciekawostką. Zamiast tego pozwala selektywnie filtrować światło na podstawie jego właściwości kwantowych. W praktyce oznacza to ogromny potencjał dla rozwoju technologii kwantowych, ponieważ naukowcy uporali się z jedną z największych przeszkód w tej dziedzinie: koniecznością stosowania kosztownego chłodzenia do temperatur bliskich zera absolutnego.
Czytaj też: Światło zachowało się zupełnie inaczej, niż oczekiwali fizycy. To jak kwantowy hamulec
Badania w tej sprawie są dostępne na łamach Nature. W centrum zainteresowania ich autorów znalazła się nowa klasa materiałów znanych jako kwantowe plazmoniczne metakryształy. Są to precyzyjnie zaprojektowane nanostruktury, które potrafią rozróżniać światło nie według jego długości fali, koloru czy polaryzacji, lecz na podstawie statystyki kwantowej fotonów. Oznacza to, iż materiał jest w stanie przepuszczać jedne stany kwantowe światła, a blokować inne.
Do tej pory niemal wszystkie materiały kwantowe wymagały pracy w ekstremalnie niskich temperaturach. Nawet niewielkie drgania atomów wywołane ciepłem otoczenia zakłócały delikatne zjawiska kwantowe, przez co konieczne było stosowanie skomplikowanych systemów kriogenicznych. Nowy materiał zachowuje jednak swoje unikalne właściwości w temperaturze pokojowej, co powinno znacząco obniżyć koszty przyszłych urządzeń i ułatwić ich wykorzystanie poza laboratoriami badawczymi.
Najistotniejszym aspektem nowego odkrycia było wykorzystanie zjawisk plazmonicznych zachodzących na nanostrukturalnych powierzchniach wykonanych ze złota. Odpowiednio zaprojektowana struktura sprawia, że materiał reaguje na sposób, w jaki fotony pojawiają się w wiązce światła. Potrafi rozróżnić, czy fotony występują pojedynczo, czy mają tendencję do pojawiania się parami lub w większych grupach. Takiej selekcji nie umożliwiają klasyczne filtry optyczne stosowane obecnie w elektronice i telekomunikacji.
Zdaniem autorów powyższych rewelacji, ich materiał mógłby znaleźć zastosowanie w budowie przyszłych komputerów kwantowych, bezpiecznych systemów komunikacji oraz czujników o niespotykanej dotąd czułości. Możliwość manipulowania światłem na poziomie jego statystyki kwantowej może również przyczynić się do opracowania nowych metod przesyłania informacji czy wydajniejszych układów fotonicznych. W dalszej perspektywie technologia ta mogłaby znaleźć zastosowanie także w systemach pozyskiwania i przetwarzania energii świetlnej.
Czytaj też: Morze Fermiego, a na nim fizycy płynący w nieznane. Odkryli zadziwiające zjawisko wprost z kwantowego świata
W ogólnym rozrachunku mówimy o pierwszym materiale działającym w temperaturze pokojowej, który wykazuje wrodzoną czułość na kwantową koherencję układów wielofotonowych. Z jednej strony przewodzi więc bądź odbija światło, natomiast z drugiej potrafi analizować jego najbardziej subtelne właściwości wynikające z mechaniki kwantowej. To właśnie ta cecha odróżnia nowe rozwiązanie od wcześniejszych materiałów optycznych i może utorować drogę do stworzenia całkowicie nowych klas urządzeń kwantowych.
Źródło: Nature
