Wytwarzamy, kontrolujemy i wykrywamy pojedyncze fotonów
Otwiera to nowe perspektywy badawcze i technologiczne, w szczególności w komunikacji kwantowej. Pracujemy nad opracowaniem praktycznej wymiany kwantowego klucza kryptograficznego z wykorzystaniem światłowodów i łączy satelitarnych. Technologia jedno-fotonowa wykorzystywana jest też do badania mikroświata poprzez obserwację zjawisk oddziaływania jednego fotonu z jednym atomem.
Pułapki jonowe są niezwykle ważnym narzędziem stosowanym w badaniach z zakresu fizyki atomowej, molekularnej, spektroskopii masowej, badaniach plazmy, przetwarzaniu informacji kwantowej oraz symulacjach kwantowych. O ich wadze świadczą nagrody Nobla przyznane za samo wynalezienie pułapki (1989) i za badania prowadzone z ich użyciem (2012).
Jako jedyni w Polsce, w Krajowym Laboratorium FAMO w Toruniu stosujemy liniowe pułapki Paula. Badamy oddziaływania między różnymi składnikami materii obserwowanej w pułapkach, np. procesy zderzenia swobodnych elektronów z atomami oraz jonami czy oddziaływania między uwięzionymi w pułapce jonami, które mogą utworzyć tzw. kryształ kulombowski. Niezależnie realizujemy prace dotyczące rezonansów nieliniowych, związanych z geometrią stosowanych pułapek. Efekty te, w wielu przypadkach niepożądane, mogą znaleźć zastosowanie do precyzyjnej detekcji cząstek powstających w badanych reakcjach chemicznych.
Nasza grupa spektroskopii o wysokiej zdolności rozdzielczej bada kształt linii widmowych cząsteczek w świetle widzialnym i w podczerwieni. Stosujemy metody spektroskopii we wnękach optycznych, co zapewnia wyjątkową dokładność pomiaru częstotliwości i zaniedbywalnie mały wpływ aparatury na wynik pomiaru. Jest to szczególnie użyteczne w pomiarach słabych linii, ważnych w badaniach atmosfery czy śladowych ilości gazów. Od 2009 r. rozwijamy i stosujemy spektroskopię strat we wnęce (cavity ring-down spectroscopy – CRDS). Ostatnio opracowaliśmy dwie nowe metody tego rodzaju: spektroskopii szerokości modów (cavity mode width spectroscopy – CMWS) i spektroskopii dyspersji modów (cavity mode dispersion spectroscopy – CMDS). Ta ostatnia łączy wydłużenie do setek kilometrów drogi, na której absorbowane jest światło z pełnym kontrolowaniem/porównaniem widma z podstawowym wzorcem częstotliwości. Metody te stosujemy w badaniach podstawowych oddziaływań międzymolekularnych, jak i w badaniach motywowanych zastosowaniami atmosferycznymi (zmiany klimatu) i astrofizycznymi.