क्वांटम भौतिक विज्ञानी पेट्र स्टिंडल जटिल प्रकाश संरचनाएं बनाने के लिए एकल फोटॉन का उपयोग करने, क्वांटम ऑप्टिक्स की संभावनाओं और प्रौद्योगिकी में इसके अनुप्रयोगों की खोज करने में अच्छे हैं। एक किशोर के रूप में, वह चेक कविता का अध्ययन करना चाहते थे, लेकिन अंततः उन्होंने क्वांटम भौतिकी का अध्ययन करने का निर्णय लिया। हाल ही में, उन्होंने क्वांटम ऑप्टिक्स और क्वांटम डॉट सिस्टम पर अपनी थीसिस का बचाव किया और अपनी पीएचडी अर्जित की। "पीछे मुड़कर देखने पर, मुझे खुशी है कि मैंने फ़ील्ड बदल लीं।"
"सीधे शब्दों में कहें तो, क्वांटम डॉट अर्धचालक सामग्री का एक द्वीप है," स्टिंडल अपने पेपर के विषय के बारे में बताते हैं। "क्योंकि इसका आकार केवल कुछ नैनोमीटर है, यह एक परमाणु की तरह क्वांटम प्रभाव महसूस कर सकता है। शोधकर्ताओं ने इसे अधिक कुशलता से संचालित करने के लिए क्वांटम डॉट को एक ऑप्टिकल माइक्रोकैविटी में रखा है। हम कैविटी को दो विपरीत दर्पणों के रूप में सोच सकते हैं। लेजर प्रकाश उनके बीच आगे और पीछे उछलता है। क्वांटम डॉट्स प्रकाश के साथ बातचीत करना पसंद नहीं करते हैं, लेकिन ऑप्टिकल कैविटी प्रकाश के साथ बातचीत करने की अधिक संभावना बनाती है क्योंकि लेजर प्रकाश क्वांटम डॉट से कई बार गुजरता है।"
स्टिंडल बताते हैं कि इस चतुर उपकरण का उपयोग एकल फोटॉन बनाने के लिए किया जा सकता है। "गुंजयमान लेजर क्वांटम डॉट में इलेक्ट्रॉनों को जमीनी अवस्था से उच्च ऊर्जा अवस्था में उत्तेजित करता है। जब इलेक्ट्रॉन जमीनी स्थिति में लौटता है, तो क्वांटम डॉट एक एकल फोटॉन उत्सर्जित करता है। माइक्रोकैविटी आसानी से इस फोटॉन को हमारे डिवाइस के बाकी हिस्सों में निर्देशित करती है। हालांकि, चुनौती यह थी कि इस फोटॉन को लेजर से कैसे अलग किया जाए। इसमें लेजर के समान तरंग दैर्ध्य है, लेकिन थोड़ा अलग ध्रुवीकरण है। आप फोटॉन को अलग करने के लिए इस संपत्ति का उपयोग कर सकते हैं। मैंने इसका पता लगाया और परिष्कृत किया। मेरी पीएचडी के दौरान तकनीक।"
एकल फोटॉन प्राप्त करना अनुसंधान में केवल पहला कदम है। उन्होंने अपने काम के बारे में कहा, "जब आपके पास उच्च गुणवत्ता वाले एकल फोटॉन (प्रकाश के कण) होते हैं, तो यह कुछ हद तक ईंटों की तरह होते हैं।" "ईंटों के साथ, आप एक घर बनाना शुरू कर सकते हैं। मेरा लक्ष्य जटिल प्रकाश संरचनाओं का निर्माण करने के लिए अलग-अलग फोटॉनों को संयोजित करना है। उदाहरण के लिए, हमने कई उलझे हुए फोटॉनों की एक श्रृंखला बनाई है। उलझे हुए का मतलब है कि वे इतने करीब से जुड़े हुए हैं कि अब आप एक फोटॉन का दूसरे से स्वतंत्र रूप से वर्णन नहीं कर सकते। हम इन नई प्रकाश स्थितियों को बेहतर ढंग से समझना चाहते हैं।"
एकल फोटॉन भौतिकी
एकल-फोटॉन भौतिकी एक अपेक्षाकृत नया क्षेत्र है। 1970 के दशक में, भौतिकविदों ने पहली बार एक फोटॉन को सफलतापूर्वक अलग किया। हालाँकि, इन एकल-फोटॉन स्रोतों की दक्षता और स्थिरता अभी अधिक नहीं है। प्रौद्योगिकी में विकास, जैसे ऑप्टिकल माइक्रोकैविटी में क्वांटम डॉट्स के उपयोग ने एकल फोटॉन की पीढ़ी को नियंत्रित करना आसान बना दिया है। माइक्रोकैविटी का एक अन्य लाभ यह है कि फोटॉन उच्च गति से उत्सर्जित होते हैं, जिससे यह सुनिश्चित होता है कि वे अपनी स्थिति को बेहतर बनाए रखते हैं। यह उच्च गुणवत्ता वाले एकल फोटॉन का उत्पादन करता है, जो स्टिंडल द्वारा अध्ययन की गई संरचनाओं के लिए आदर्श है।
स्टीन्डल की दृष्टि अंततः क्वांटम संचार के लिए इन नई प्रकाश संरचनाओं का उपयोग करने की है: "हम जानते हैं कि एकल फोटॉन सुरक्षा और प्रमाणीकरण के संदर्भ में बहुत उपयोगी हैं। उदाहरण के लिए, आप एक स्पेक्ट्रोस्कोप में विभिन्न पदों से दो समान एकल फोटॉन भेज सकते हैं। यदि फोटॉन एक परिवर्तित स्थिति में या अलग-अलग समय पर आते हैं, तो आप जानते हैं कि एक छिपकर बात सुनने वाला है। यह शोध क्वांटम कंप्यूटर के निर्माण में भी उपयोगी साबित हो सकता है। एक मूल घटक एक क्वांटम गेट है, लेकिन इसे बनाना बहुत मुश्किल है। इस अध्ययन में संरचनाओं के साथ, इसकी कोई आवश्यकता नहीं है। मुझे यह पूरी तरह से आश्चर्यजनक लगता है कि हम भौतिकी को इतने गहरे स्तर पर समझ सकते हैं, हालांकि यह आकर्षक है, क्वांटम अनुप्रयोगों की संभावना शायद मेरे लिए एक बड़ा कदम है, लेकिन यह मुझे कई वर्षों तक उत्साहित रखने के लिए पर्याप्त है।