W tym kontekście mówi się chociażby o małej rewolucji w technologii kwantowej i bezpiecznej komunikacji. Więcej informacji na ten temat zostało zaprezentowanych na łamach Science Advances. Jak przyznają sami zainteresowani, w obecnej formie ich ustalenia trudno przełożyć na praktyczne zastosowania, jednak bez wątpienia drzemie w nich ogromny potencjał. Ale zanim skupimy się na korzyściach, warto w ogóle zacząć od tego, co udało się ustalić szwedzkim naukowcom.
Zacznijmy od tego, że światło ma dwoistą naturę korpuskularno‑falową. Z tego względu w pewnych okolicznościach zachowuje się niczym fala, podczas gdy w innych – jak zbiór cząstek światła, czyli fotonów, które w próżni mogą przemieszczać się z prędkością światła. Teoria dotycząca dualizmu korpuskularno-falowego sięga XVII wieku, kiedy to zajmował się nią Izaak Newton.
Czytaj też: Australijski naukowiec rozwiązał zagadkę czasoprzestrzeni. Einstein miał rację
Wybitny naukowiec stwierdził, że światło składa się z cząstek, podczas gdy inni badacze mówili o fali. Ostatecznie Newton wyszedł z wyjątkowo nietypową propozycją, ponieważ jego zdaniem światło może być i jednym i drugim. Z czasem sprawą zainteresowali się inni wybitni przedstawiciele świata nauki, tacy jak Max Planck czy Albert Einstein.
Do przełomu doszło około stu lat temu, gdy Arthur Compton wykazał, że światło ma również energię kinetyczną, co stanowi właściwość typową dla cząstek. Stało się jasne, że światło może być nie tylko cząstkami, ale i falami, co pokrywało się ze znacznie starszymi predykcjami autorstwa Newtona. Podobny dualizm dotyczy również elektronów i innych cząstek elementarnych.
Kluczowy dowód na powiązanie między teorią informacji a mechaniką kwantową powinien utorować drogę do praktycznych zastosowań, choćby w dziedzinie bezpiecznej komunikacji
Problem polega na tym, że nie da się zmierzyć tego samego fotonu w postaci fali i cząstki, ponieważ w zależności od zastosowanego podejścia zobaczymy albo fale albo cząstki. Taki fenomen określa się mianem komplementarności, którą opisał szerzej Niels Bohr. Jak stwierdził w ubiegłym stuleciu, bez względu na to, co zdecydujemy się zmierzyć, kombinacja cech falowych i cząstkowych musi być stała.
Dziesięć lat temu naukowcy z Singapuru wykazali bezpośredni związek między zasadą komplementarności a stopniem nieznanej informacji w układzie kwantowym. Nazwali to niepewnością entropijną, której występowanie udało się potwierdzić za sprawą ostatnich eksperymentów. Co istotne, stali za nimi również nasi rodacy.
Czytaj też: Fenomen w świecie magnetyzmu wywraca fizykę do góry nogami. Tego nikt się nie spodziewał
Międzynarodowy zespół badawczy wykorzystał fotony poruszające się ruchem okrężnym zwanym orbitalnym momentem pędu. Ich zachowanie było śledzone z wykorzystaniem interferometru. Aby dokonać pomiaru fotony są wystrzeliwane w kryształ, za sprawą którego ścieżka fotonów zostaje podzielona na dwie kolejne. Z czasem owe ścieżki krzyżują się, trafiają do drugiego kryształu i są ponownie mierzone: albo jako cząstki albo jako fale, w zależności od okoliczności.
I to właśnie z tego względu pojawiają się potencjalne możliwości wykorzystania opisywanego fenomenu w technologiach kwantowych czy na potrzeby szyfrowania informacji. W ramach kolejnych eksperymentów naukowcy będą chcieli przekonać się, jak zachowają się fotony, jeśli drugi z kryształów zostanie zmodyfikowany przed dotarciem do niego wiązki.