Forskere vil kontrollere lysets kvanter
Fremtidens kvantekryptering til sikring af digital kommunikation er blot ét af de områder, som et nyt forskningsprojekt på Institut for Fysik, Kemi og Farmaci skal udforske med Semper Ardens bevilling fra Carlsbergfondet.
Lys består af små pakker af energi, som også kaldes kvanter. Det har fysikerne vidste de seneste 100 år, men det er i dag stadig et mysterium, hvordan man kontrollerer og styrer den tilsyneladende tilfældige natur af lyspartikler.
Forsker Sebastian Hofferberth vil nu undersøge muligheden for at kontrollere lyskvanterne i sit laboratorium i Odense. Her kombinerer han ultrakolde atomer med højpræcisionslasere i en eksperimentel kvanteoptik opsætning for at tæmme individuelle lyspartikler også kendt som fotoner.
Vil sænke lysets hastighed
Lys bevæger sig gennem et lufttomt rum med ca. 300,000 km/sek. Når lys bevæger sig igennem eksempelvis et vindue eller et stykke plastik, så bevæger det sig altid langsommere. Lyset vil aldrig bevæge sig hurtigere, da dette er en øvre grænse, som er dikteret af fysikkens love.
Præcis hvor langsomt lyset bevæger sig afhænger af, hvad materialet er lavet af. Og det er netop denne egenskab, som Hofferberth vil udnytte. Han vil designe et særligt materiale, som kan sænke lysets hastighed til en milliontedel af hastigheden i tomrum.
Når lyset bevæger sig med en lavere hastighed, får Hofferberth muligheden for at studere, hvordan lyset opfører sig mere detaljeret, og kan samtidigt udøve noget kontrol over det. Men bare at reducere hastigheden er ikke nok til at gøre fotoner opmærksom på hinanden.
Atomer skal fungere som en kvante-lup
Normalt interagerer to fotoner ikke med hinanden. Dette gælder også, når de er meget langsomme. Som et yderligere andet skridt i de planlagte forsøg vil Hofferberth bruge et nyt trick til at ændre dette. Fotonerne vil blive koblet til såkaldte Rydberg-atomer.
Disse Rydberg-atomer er flere tusinde gange større end almindelige atomer, hvilket gør dem ekstremt følsomme. Udnyttelse af denne kombination af ekstreme skalaer giver Hofferberth en unik mulighed for at undersøge lyspartiklernes adfærd, når de kolliderer med hinanden.
Samarbejde med Aarhus Universitet
Projektet hedder ”Kvantekontrol af lys” og har netop modtaget 15,2 millioner kroner af Carlsbergfondet. Professor ved Aarhus Universitet, Thomas Pohl er hovedansøger, og Sebastian Hofferberth er medansøger og modtager således 6,2 millioner kroner af den samlede bevilling. Læs mere om projektet på Carlsbergfondets hjemmeside.