Výzkum na katedře optiky PřF Univerzity Palackého Olomouc

Na Katedře optiky se věnujeme výzkumu moderních aspektů světla, jako je manipulace a přenos informace pomocí světelného signálu, přesná měření vlastností světla na úrovni jednotlivých fotonů a kvantového šumu, vzájemné působení světla a hmotných objektů, záznam a transformace obrazu a další. Zastoupen je i aplikační výzkum, například manipulace mikročástic pomocí světla nebo optometrie. V této části stránek naleznete stručný přehled jednotlivých směrů výzkumu na Katedře optiky v Olomouci. Podrobný popis jednotlivých oblastí výzkumu včetně referencí naleznete v anglické části stránek v sekci Research.

Kontrola kvantového šumu světla

Kvantový šum se fundamentálně liší od klasického šumu známého například v elektronických obvodech. Je proto potřeba vyvinout nové experimentálně proveditelné metody jak tvarovat kvantový šum pro danou aplikaci. Obzvláště zajímavé jsou problémy lokální kontroly kvantového šumu rozloženého mezi více systémy (kvantová provázanost). Současnými hlavními aplikacemi jsou hyper přesná optická měření, optické komunikace s nízkým šumem a kvantová kryptografie. Protože je možné pozorovat světlo jako spojitý signál s kvantovým šumem (koherentní a stlačené světlo), ale také jako náhodný proud částic (fotonů), jsou paralelně rozvíjeny metody kontroly obou těchto duálních vlastností. Teoretický výzkum je prováděn v úzké spolupráci se zahraničními experimentálními pracovišti, kde jsou navržené metody testovány. Hlavními směry výzkumu jsou: kontrola kvantového šumu světla, informace a kvantový šum, kvantové smazávání, nelokální optické experimenty, nelineární kvantová optika indukovaná měřením.

Interakce světla a atomů, kvantová paměť

Kvantovou informaci může nést svazek světla, někdy ale potřebujeme takovou informaci na čas odložit, abychom si ji mohli později vyzvednout. Světlo zastavit nejde, můžeme to ale zkusit s informací, kterou nese? Nejjednodušší by bylo svazek světla pustit do nějakého detektoru, vlastnosti světla tím proměřit a výsledek uložit třeba na disku počítače. Informace by tak zůstala uložená - ale už by to nikdy nebyla kvantová informace. Její podstatnou vlastností totiž je, že v sobě nese "dvojí tajemství" - když to jedno odhalíme (změříme), druhé se nenávratně zničí. Než provedeme měření, máme pořád na vybranou, kterou část tajemství chceme odkrýt a kterou obětovat. Kvantová paměť nám právě umožňuje uskladnit si takovouto informaci aniž bychom se museli ještě rozhodnout co odkrýt za cenu zničení toho druhého. Naše výzkumy ukazují, jak se pro uchování kvantové informace dají využít atomární páry alkalických kovů: paměť je tu vytvářena kolektivním spinovým stavem zhruba biliónu atomů držených v malé skleněné nádobce. Je zajímavé, kolik různých triků se dá použít, aby takto vytvořená paměť měla co nejužitečnější vlastnosti.