Sednem najnowszego odkrycia opisanego na łamach periodyku PhotoniX jest koncepcja koherencji kwantowej, dzięki której cząsteczki mogą istnieć w wielu stanach jednocześnie i wykazywać właściwości falowe, takie jak interferencja. Jakby nie patrzeć, jest to cecha charakterystyczna mechaniki kwantowej. Koherencja kwantowa jest często kojarzona z delikatnymi, starannie przygotowanymi układami kwantowymi, takimi jak chociażby pary splątanych fotonów. Problem natomiast w tym, że zwykle niezwykle łatwo ulega ona zakłóceniu wskutek interakcji z otoczeniem.
Tradycyjnie światło termiczne postrzega się jako zjawisko klasyczne, do którego opisu wystarczą metody fizyki klasyczne. Teraz jednak okazało się, że istnieje pewien określony sposób na to, aby dostrzec w nim zachowania kwantowe.
Czytaj także: Naukowcy stworzyli zupełnie nowy stan kwantowy. Krok do stworzenia internetu kwantowego
Zamiast traktować całe pole światła jako jeden pojedynczy byt, naukowcy opracowali technikę izolowania w nim mniejszych pakietów wielofotonowych, składających się z określonej liczby fotonów. Szczegółowa analiza tych pakietów umożliwiła naukowcom dostrzeżenie niespodziewanych właściwości kwantowych wewnątrz pola światła. Nie było to jednak zadanie łatwe, bowiem badacze musieli do tego wykorzystać niezwykle czułe detektory potrafiące rozdzielać grupy fotonów i weryfikować ich liczebność, a następnie mierzyć orbitalny moment pędu.
Światło termiczne jako zjawisko kwantowe
W obrębie tych izolowanych podsystemów zaobserwowali dwa różne typy zachowań. Większość podsystemów zachowywała się zgodnie z oczekiwaniami, wykazując klasyczną koherencję, co oznacza, że ich właściwości można wyjaśnić klasyczną optyką falową. Jednak część z nich wykazywała — czego się nikt nie spodziewał — koherencję kwantową. Te pakiety światła wykazywały wzorce interferencji podobne do tych obserwowanych w eksperymentach ze splątanymi fotonami.
Czytaj także: Zaskakujące osiągnięcie. Fizycy splątali światło z dźwiękiem
To odkrycie pokazuje, że nawet w pozornie klasycznym obszarze zwykłego światła istnieje ukryta warstwa świata kwantowego. To istotne odkrycie, bowiem jak przekonuje Chenglong You, główny autor opracowania, odkrycie to będzie można w najbliższym czasie wykorzystać do tworzenia znacznie trwalszych technologii kwantowych, a tym samym do istotnego postępu w dziedzinie komputerów kwantowych, komunikacji, kryptografii, czy teledetekcji.
Co więcej, praca ta zapewnia nową platformę do zrozumienia i niwelowania wpływu dekoherencji, procesu, w którym układy kwantowe tracą swoją koherencję z powodu interakcji z otoczeniem. Jakby nie patrzeć, to właśnie dekoherencja jest główną przeszkodą w budowaniu praktycznych technologii kwantowych.
Poza zastosowaniami technologicznymi odkrycie to ma głębokie implikacje dla naszego podstawowego zrozumienia wszechświata. Podkreśla uniwersalność mechaniki kwantowej i jej obecność nawet w układach tradycyjnie uważanych za klasyczne.