Am primit o mulţime de întrebări în legătură cu un experiment realizat de către cercetătorii de la University of Darmstadt, Germania. Pe scurt, Georg Heinze, Christian Hubrich şi Thomas Halfmann au găsit o metodă prin care au emis un puls de lumină, au „oprit" acea lumină timp de aproximativ un minut şi apoi au permis ca lumina să se deplaseze din nou. Tehnica folosită se numeşte transparenţă indusă electromagnetic (Electromagnetically Induced Transparency - EIT). Nu este important să ştiţi ce implică această tehnică.
Deci, ce înseamnă să „oprim lumina"? Lumina, prin natura ei, se deplasează mereu cu aceeaşi viteză de 2,99 x 10^8 metri pe secundă care a fost denumită pe bună dreptate „viteza luminii". Ca exemplu, atunci când aceasta trece prin apă sau prin sticlă şi „încetineşte" ea este de fapt absorbită şi re-emisă de fiecare dată de atomii mediului prin care se deplasează. Atunci când lumina se propagă, ea călătoreşte la viteza maximă. Şi dacă „oprirea luminii" înseamnă stocarea unei energii pentru un timp şi apoi re-eliberarea acesteia mai târziu, atunci care este diferenţa între ceea ce au făcut Heinze, Hubrich şi Halfmann şi ceea ce face o piatră obişnuită atunci când aceasta se încălzeşte în lumina Soarelui şi apoi radiază căldura acumulată mai târziu (sub formă de lumină infraroşie)?
Răspunsul la această întrebare şi ceea ce face ca acest experiment să fie unul important îl reprezintă faptul că metoda utilizată de cercetători păstrează informaţia fotonilor. Roca ce absoarbe lumina Soarelui şi apoi radiază acea energie sub formă de căldură amestecă complet informaţia din lumina solară, în timp ce experimentul lui Heinze, Hubrich şi Halfmann păstrează aproape perfect informaţia din lumina utilizată în acest scop. Este puţin mai greu de înţeles cum s-a reuşit păstrarea informaţiei din lumină.
O imagine, care reprezintă o „informaţie clasică", este arătată după mai multe perioade diferite de stocare a luminii. Aceasta arată că nu numai energia impulsului de lumină a fost stocată, dar şi că informaţia din pulsul de lumină a fost, de asemenea, stocată.
Nu doar că este posibil să se stocheze informaţii cum ar fi această imagine, dar pot fi înregistrate chiar şi informaţiile cuantice. Diferenţa dintre informaţiile obişnuite şi cele cuantice este un pic mai greu de explicat (definiţia exactă a „informaţiei" este deja foarte tehnică, chiar şi fără a ne referi la informaţia cuantică). Informaţia cuantică este coloana vertebrală din spatele fenomenului de inseparabilitate cuantică, „acţiunea la distanţă" şi a calculului cuantic. Fizicienii sunt încântaţi de utilizarea informaţiei cuantice în cadrul calculului cuantic. „Oprirea luminii" nu reprezintă nimic nou, dar descoperirea unei metode de a stoca informaţia cuantică reprezintă un lucru foarte important.
Informaţia cuantică reprezintă partea „delicată" a unui sistem cuantic. Atunci când lumea exterioară interacţionează cu un sistem cuantic ea tinde să-l perturbeze pe acesta. Spunem atunci că „funcţia de undă a colapsat" sau că „sistemul este decoerent". Informaţia cuantică este utilă şi diferită de informaţia clasică atunci când sistemul (în acest caz reprezentat de fascicule de lumină) se află într-o stare de superpoziţie cuantică sau este inseparabil cuantic cu altceva. Putem spune că tehnica EIT păstrează informaţiile cuantice deoarece putem face experimente de inseparabilitate cuantică între un foton care este stocat şi un altul care nu este şi descoperim că inseparabilitatea cuantică dintre cei doi fotoni se păstrează. Practic, acest tip de stocare este atât de „blând" încât nu reprezintă chiar o măsurătoare astfel încât starea cuantică este păstrată (informaţiile cuantice).
UNIVAC I ar putea stoca mai mult de 1.000 de cuvinte cu 12 litere fiecare în acest rezervor de mercur. Acesta a fost construit atunci când „bitii" au devenit, pentru prima dată, unitatea standard universală pentru informaţie.
Stocarea luminii în experimentul conceput de Heinze, Hubrich şi Halfmann este înrudită cu construirea unui dispozitiv de memorare denumit memorie cu linie de întârziere „delay line memory". Pentru comparaţie, calculatoarele care au fost construite în anii '50 foloseau rezervoare cu mercur lichid pentru a stoca datele. Impulsurile acustice călătoreau prin rezervorul de mercur mult mai lent decât semnalele electrice ce se deplasau prin fire, astfel încât se puteau stoca mici cantităţi de date prin recepţionarea acestor pulsuri acustice la un capăt al rezervorului şi apoi retrimiterea lor către celălalt capăt al rezervorului. Tehnica denumită „stocarea luminii" ar fi similară (deşi corespunde unui interval de timp mult mai lung) sistemului de memorie dedicat calculatoarelor cuantice.
Deci, lumina nu este de fapt „oprită", ci este „imprimată" pe unii electroni din cristal care se află în anumite stări foarte, foarte atent pregătite. Această imprimare nu este lumină (deci nu trebuie să se deplaseze) şi reprezintă doar electroni excitaţi. Această imprimare durează cel mult un minut şi ea acumulează treptat erori şi se decolorează. După un timp se transformă din nou în lumină şi iese din cristal cu exact viteza cu care vă aşteptaţi. Experimentul s-a dovedit a fi foarte interesant deoarece el a reprezentat o metodă de a stoca informaţii cuantice pe termen lung, ceea ce a reprezentat până în prezent un obstacol major. În mod normal, un calculator cuantic ar trebui să furnizeze rezultatul calculelor sale într-o fracţiune de secundă.
Traducere de Cristian-George Podariu după what-does-it-mean-for-light-to-be-stopped-or-stored
