Bihromatski fotoni

Sa jednom jedinom česticom svjetlosti, jednim fotonom, može se manipulisati tako da ona formira mješavinu, odnosno, superpoziciju, dvije boje u isto vrijeme. 

Fotoni su elementarne čestice koje se obično nazivaju i kvantima svjetlosti. Ipak, naziv "kvant svjetlosti" je pomalo neprecizan jer se pod "svjetlošću" podrazumijeva ljudskom oku vidljivi dio elektromagnetnog spektra, a fotoni su zapravo čestice-nositelji cijelog elektromagnetnog spektra, od gama-zraka do radio- i mikro-talasa niske vrekvencije i velike talasne dužine. Fotoni odgovaraju Bose-Einsteinovoj statistici, što znači da fotoni spadaju u bozone, baš kao i Higgsov bozon te W i Z bozoni, a to, opet, znači da ova čestica ima cjelovit spin. Koncept fotona potiče od Einsteina, koji je utvrdio da se ne mogu sve osobine svjetlosti objasniti teorijom valne prirode svjetlosti. Zapravo, koncept fotona je početak koncepta valno-korpuskularne prirode svjetlosti. Fotoni nemaju ni masu ni nealektrisanje. U fizici, u dijagramima se foton obično označava grčkim slovom gamma γ, a u hemiji kao hf ili hn (ha-ni).

Što se tiče samog superpozicioniranja, radi se o vrlo zanimljivoj pojavi unutar okvira kvantne fizike: jedna čestica može postojati u svim svojim mogućim konfiguracijama "odjednom". To je onaj čuveni slučaj misaonog eksperimenta kojeg je predložio Erwin Schrödinger, u kojem se mačka, do trenutka mjerenja pojave nalazi u stanju kvantne superpozicije i može biti i mrtva i živa (tj. ni mrtva ni živa). Dakle - mačka je hipotetički u kutiji u kojoj se nalazi otrov i postoji 50% šanse da se aktivira mehanizam koji će slomiti bočicu sa otrovom i aktivirati otrov te ubiti mačku i 50% šansi da se to neće dogoditi. Međutim, dok ne otvorimo kutiju, ne izvršimo opservaciju tj. mjerenje da li ja mačka živa ili mrtva, mi ne znamo ništa, a mačka je u superpoziciji - dakle ne "između" nego "i živa i mrtva". 

Upravo je ovo osobina kvantnih čestica koje ljudi žele iskoristiti za stvaranje kvantnih računara. Za kvantne računare, potrebno je da se čestica nalazi simultano u dva kvantna stanja. Međutim, kada se radi o fotonima, da bi se dobio "dvobojni foton", potrebno je da postoji interakcija između individualnih čestica svjetlosti, a to se dešava rijetko. Jednostavno, fotoni ne vole da se druže, vrlo su individualne prirode. 

Međutim, tim fizičara iz SAD i Njemačke je uspio upravo to - kreirali su foton u dvije boje. Rad o ovome je objavljen nedavno u časopisu Physical Review Letters, pod nazivom "Ramsey Interference with Single Photons".  Stephane Clemmen sa Cornel Univerziteta te naučnici sa Humbolt Univerziteta u Berlinu i Univerziteta Columbia su uspjeli dobiti bihromatski crveno-plavi foton tako što su crvene fotone puštali kroz 100m dugo optičko vlakno i onda su ti fotoni stupali u interakciju sa fotonima iz dva snažna laserska snopa. U eksperimentu su neki fotoni imali specifičnu kombinaciju  crvenog i plavog, odnosno, nalazili su se u nekoj vrsti koherentne superpozicije. 

Ovakvi bihromatski fotoni bi se mogli koristiti za kodiranje informacija u kvantnim računalima ili za povezivanje sistema u kvantnu mrežu.