Entanglované fotony na objednávku
Na první pohled těžko pochopitelné kvantověmechanické vlastnosti částic by mohly způsobit zásadní zvrat v oblasti zpracování informací, v bezpečnostním kódování a ve výpočetní technice. A že tato revoluce dříve či později přijde, je velmi pravděpodobné.
Kvantové počítače budou o mnoho řádů výkonnější než ty dnešní. Realizace takových futuristických aplikací závisí ale na tom, zda se naučíme spolehlivě a reprodukovatelně vytvářet entanglované neboli provázané páry částic menších než atom, v první řadě fotonů.
Podle profesora Zeilingera z Vídně, jednoho z průkopníků praktických aplikací kvantové mechaniky, jsou provázané stavy jednou z nejpodivnějších hříček fyziky. O částicích v provázaném stavu se dá říci, že cokoliv se stane jedné, potká i druhou. Vzdálenost mezi nimi nehraje roli, jedna může být na Zemi a druhá třeba v jiné galaxii. Entanglované, neboli kvantově provázané, stavy objevil již Albert Einstein v roce 1935. Praktická realizace tohoto zvláštního stavu hmoty však přichází až v posledních letech s rozvojem laserové techniky a nanotechnologií.
Pracovníkům Toshiby a univerzity v Cambridge se podařilo udělat další krůček k vytvoření vysněného zdroje provázaných částic. Použili polovodičové prvky o velikosti miliardtiny metru, které se běžně nazývají kvantové tečky. Kvantovým tečkám, zhotoveným z krystalů indium arsenidu, dodali určité množství energie laserovými pulzy. Vytvořily se přitom takzvané biexcitonové stavy, které obsahují dva elektrony se záporným nábojem a dvě díry s kladným nábojem. Elektrony a díry v takovém kvantovém stavu následně rekombinují a při tom produkují dva fotony, jejichž polarizace je vzájemně závislá - částice jsou kvantově provázané. Indium arsenid není přitom nic zvláštního, je to běžný polovodičový materiál, který se používá třeba v elektroluminiscenčních diodách.
Původně dosahovali pracovníci týmu Toshiba - Cambridge při produkci párů provázaných fotonů účinnosti asi 49 procent. Nyní zařízení zdokonalili tím, že se jim podařilo potlačit světelné pozadí. Toto pozadí je produkováno jinými polovodičovými vrstvami, než jsou vlastní kvantové tečky. Účinnost se zvýšila až na 70 procent a to znamená, že se blíží doba, kdy budou bez problémů produkovány provázané fotony pro potřeby zpracování kvantových informací. Taková zařízení budou pravděpodobně stejně běžná, jako jsou dnes polovodičové lasery nebo elektroluminiscenční diody.