Citlivé detektory světla se chovají jinak, než si vědci dosud mysleli. Zjistili to fyzici Josef Hloušek, Ivo Straka a Miroslav Ježek z katedry optiky Přírodovědecké fakulty Univerzity Palackého, kteří při výzkumu zaměřeném na jednofotonové detektory pozorovali nové děje. Následně prokázali, že se neslučují s dosavadní teorií fungování detektorů. Výsledky jejich odborné práce publikoval časopis Applied Physics Reviews.
Detekce světla na kvantové úrovni, kdy je nutné počítat jeho jednotlivé částice – fotony, je v současné době nedílnou součástí optických komunikací, biomedicínských zobrazovacích technik i analytických metod v chemii a materiálovém výzkumu. Všechny tyto aplikace spoléhají na lineární chování detektorů. To znamená, že výstup detektoru je přímo úměrný jeho osvitu. Čím více je detektor lineární, tím přesněji dokáže přijímat zprávy z komunikační linky nebo měřit propustnost vzorku.
I nejmodernější jednofotonové detektory ale trpí odchylkami, které je třeba přesně proměřit a následně je kompenzovat. Fyzici z přírodovědecké fakulty zjistili, že ani takový přístup nestačí a linearitu detektoru je třeba měřit přímo. Jimi použitá metoda odhalila dosud nepozorované jevy a navíc umožňuje přímou kalibraci detektoru světla bez jakékoliv již zkalibrované reference.
„Výzkum fotonických detektorů je rozsáhlou oblastí se značným aplikačním potenciálem. Nejčastější typy detektorů jsou velmi dobře charakterizované a jejich principy činnosti vědecká komunita dosud považovala za dobře známé. O to bylo větší naše překvapení, když jsme poprvé pozorovali odlišnosti od známého chování,“ uvedl Miroslav Ježek z katedry optiky.
Výzkumný projekt byl zahájen v rámci diplomové práce Josefa Hlouška na katedře optiky PřF UP. „Zpočátku jsme váhali, zda pozorované chování detektorů světla není pouze chyba našeho měření. Se zpřesňováním měření a rozšiřováním provedených analýz jsme ale dospěli k jistotě, že fotonické detektory vykazují jednoznačné odchylky od současných modelů,“ shrnul výsledek Josef Hloušek, který na katedře optiky nedávno obhájil doktorskou práci.
Nové poznatky olomouckých vědců lze uplatnit nejen v aplikacích založených na detektorech světla, ale i v testech jednoho ze základních postulátů kvantové fyziky – Bornova pravidla. „Díky soběstačnosti metody si každá laboratoř na světě může své detektory přímočaře sama charakterizovat,“ doplnil Ivo Straka, který je v současnosti vědeckým pracovníkem na Stockholmské univerzitě.
Výsledek výzkumu, který mění pohled na chování jednofotonových detektorů, je vyústěním několikaleté práce, na jejímž financování se podílela Grantová agentura ČR, Interní grantová agentura UP a katedra optiky PřF UP. Důležitou roli především v rozvoji zahraniční vědecké spolupráce hrál také projekt HYPER-U-P-S v rámci H2020 výzvy QuantERA, na jehož financování se podílela Evropská unie a Ministerstvo školství ČR.