V současnosti každý přenos informace zároveň představuje i přenos energie. Není to žádná velká záhada, dnešní protokoly přenosu informace vesměs využívají fotony. A všechny správné fotony nesou nějakou energii, takže přenosy informace a energie jsou naprosto zásadním způsobem spjaté. Jako dvě strany jedné mince.

Když jde řeč o fotonech a elektromagnetických polích, tak máme obvykle na mysli skutečné, reálné fotony. Například, světlo, co proudí do našich zvědavých očí, sestává výhradně z reálných fotonů, které nesou jak informaci, tak i energii. Jenže, každé elektromagnetické pole podle nedávného výzkumu obsahuje kromě reálných fotonů i fotony virtuální, takové kvantové otisky ve kvantovém vakuu. Jsou to stíny reálných fotonů, jejich kvantové přízraky. Na první pohled by se mohlo zdát, že přízraky nebudou k ničemu dobré a neměly by opouštět hlavy extravagantních fyziků. Ve skutečnosti je to ale s nimi zajímavější. Jak se zdá, za jistých okolností lze virtuální fotony, které nenesou žádnou energii, využít k přenosu informace.

Fyzik Robert Jonsson z kanadské Univerzity ve Waterloo a jeho kolegové představili v časopisu Physical Review Letters pozoruhodný koncept přenosu informace, který využívá právě zmíněné virtuální fotony. Není při něm přenášená žádná energie, ale příjemce zprávy nějakou energii přece jenom potřebuje, aby mohl zachytit přicházející signál.

Recept Jonssona a spol. zahrnuje dvě klíčové věci. Badatelé použili kvantové antény, tedy antény, které jsou ve stavech kvantové superpozice. Soudobé technologie kvantové optiky jako takové antény využívají například jednotlivé atomy. A pak pochopitelně využili kvantové přízraky. Když dojde k vyzáření reálných fotonů a k jejich šíření rychlostí světla, tak po sobě zanechají dosvit virtuálních fotonů, které se šíří pomaleji, než rychlostí světla. Virtuální fotony sice nenesou žádnou energii, obsahují ale informaci o události, při které došlo k vyzáření reálných fotonů a vzniku virtuálních fotonů. Příjemce zprávy nesené kvantovými přízraky musí vynaložit nějakou energii, ale pak si dotyčnou informaci přečte.

Navržený postup Jonssonova týmu obsahuje i jeden speciální požadavek. Může fungovat jedině v takovém časoprostoru, kde se virtuální fotony pohybují pomaleji, než kolik činí rychlost světla. Kdyby byl náš čtyřrozměrný časoprostor plochý, tak by v něm žádné dosvity virtuálních fotonů nevznikaly. Úplně plochý ale není, takže tu dosvity virtuálních fotonů máme.

Nejde ale jenom o zajímavý styl přenosu informace. Výzkum Jonssona a jeho kolegů má i širší, kosmologické důsledky. Jak se zdá, dosvit virtuálních fotonů ze zásadních událostí v mladičkém vesmíru by mohl nést více informace, nežli světelné záření z té doby. To by byl zásadní zvrat v pozorování pradávného vesmíru. Až doteď si všichni mysleli, že ranný vesmír můžeme pozorovat jedině díky reálným fotonům. Kromě astrofyziků se na rozpracovaný koncept kvantových přízraků těší vývojáři technologií kvantové komunikace. Jonsson a spol. teď prý intenzivně pracují na využití svého výzkumu ve kvantové komunikaci skrz optická vlákna.



Video:  Robert JONSSON - EURAXESS Science Slam 2014. Kredit: EURAXESS Links North America

 

Literatura
PhysOrg 31. 3. 2015, Physical Review Letters 114: 110505.