Článek
Výsledek jejich vědecké práce, jenž byl publikován v prestižním časopise nakladatelství Springer Nature, otevírá zcela nový pohled na dosud neznámé souvislosti fungování přírody na kvantové úrovni.
„V kvantové fyzice platí velmi zvláštní pravidla, podle kterých například měření ovlivní měřený stav nebo že výsledek měření může být náhodný. Nikdy tedy dopředu netušíme, jak naše měření dopadne. Na druhou stranu ale víme, že existuje jev, který je klíčový pro celou řadu aplikací v kvantové fyzice, a to je kvantová provázanost,“ uvedl Karel Lemr ze Společné laboratoře optiky.
Kvantová provázanost je podle něj fyzikální jev, při kterém dvě nebo více částic existují ve společném (kvantové) stavu. Částice nelze popsat individuálně, ale pouze jako celek. Jejich vzájemná vazba je přitom mnohem silnější, než připouští klasická fyzika.
Olomouckým fyzikům se podařilo najít a potvrdit nový zákon kvantové fyziky.
„Provedením měření na jedné částici je ovlivněn stav i všech s ní kvantově provázaných částic a v důsledku toho i výsledky měření na těchto částicích,“ vysvětlil Lemr s tím, že tento jev je pilířem pro velkou část kvantových technologií – aplikací kvantové fyziky do nejrůznějších oblastí lidské činnosti, týká se to třeba kvantového počítání a komunikace, kvantové metrologie či kvantových senzorů.
„Nám se povedlo najít poměrně zásadní vztah mezi neurčitostí obsaženou v kvantovém měření a kvantovou provázaností. Doslova jsme našli rovnici nebo spíše nerovnici, která dává nějaký vztah mezi těmito dvěma základními koncepty v kvantové fyzice,“ zdůraznil Lemr.
V olomoucké laboratoři byl proveden experiment, při němž fyzici připravili speciální kvantově provázané stavy světla. „Jednalo se o kvantové stavy párů fotonů, které existovaly ve společném kvantovém stavu. Aby bylo možné potvrdit teoretické předpovědi, musely být připraveny tyto speciální stavy fotonových párů s různými přesně stanovenými vlastnostmi,“ konstatoval Lemr.
Pomocí fotonových párů tak fyzici vytvořili stavy, na kterých následně provedli měření. Výsledky potvrdily platnost teoreticky předpovězené nerovnice.
Část zdroje kvantově provázaných fotonů ve Společné laboratoři optiky
„Našli a potvrdili jsme nový zákon kvantové fyziky. Podařilo se nám teoretickou souvislost experimentálně ověřit, což je v oblasti základního výzkumu významný posun kupředu. Pomáhá nám lépe chápat, jak funguje svět kolem nás na kvantové úrovni,“ uvedl Antonín Černoch, který na experimentu spolupracoval.
Důsledné odhalování základních vlastností přírody na kvantové úrovni podle Lemra nejen klíčovým způsobem rozšiřuje naše pochopení fungování světa kolem nás, ale v tomto případě má i aplikační dopad do oblasti kvantové komunikace například kvantové kryptografie.
„Bezpečnost a proveditelnost kvantové komunikace je odvozena právě od fundamentálních jevů, jako je kvantová provázanost a kvantové měření. V našem výzkumu realizovaném společně s kolegy z Japonska a Tchaj-wanu odhalujeme nový zákon, který propojuje právě kvantovou provázanost a kvantové měření. Tím tak vzniká opora pro další výzkum v oblasti kvantové komunikace,“ doplnil Lemr.
