Среда, 21 февраля, 2024
ДомойФизикаКвантовый прорыв: как многофотонные эффекты меняют определение интерференции света

Квантовый прорыв: как многофотонные эффекты меняют определение интерференции света

- Advertisement -

Художественное представление квантовой интерференции между тепловым состоянием и заявленным параметрическим однофотонным состоянием. 1 кредит

Открытие предлагает новые отправные точки для исследования фотонных квантовых информационных систем.

Международная группа исследователей из Университета Лейбница в Ганновере (Германия) и Университета Стратклайда в Глазго (Великобритания) опровергла ранее существовавшее предположение о влиянии многофотонных компонентов на интерференционные эффекты тепловых полей (например, солнечного света) и параметрических одиночных фотонов ( генерируемые в нелинейных кристаллах).

«Мы экспериментально доказали, что эффект интерференции между тепловым светом и параметрическими одиночными фотонами также приводит к квантовой интерференции с фоновым полем. По этой причине фоном нельзя просто пренебречь и вычесть его из расчетов, как это делалось до сих пор», — говорит профессор д-р Михаэль Куес, глава Института фотоники и член правления кластера передового опыта PhoenixD. в Университете Лейбница в Ганновере.

Новый взгляд на фотонику

Ведущим ученым стала аспирантка Анахита Ходадад Каши, которая проводит исследования в области фотонной квантовой обработки информации в Институте фотоники. Она исследовала, как многофотонное загрязнение влияет на видимость так называемого эффекта Хонг-У-Манделя, эффекта квантовой интерференции.

«С помощью нашего эксперимента мы опровергли ранее справедливое предположение о том, что многофотонные компоненты будут только ухудшать видимость и поэтому могут быть вычтены при расчете», — говорит Ходадад Каши и продолжает: «Мы обнаружили новую фундаментальную характеристику, которая не учитывалась в предыдущих расчетах. . Наша недавно разработанная модель может предсказывать квантовую интерференцию, и мы можем измерить этот эффект в эксперименте».

Как создаются новые знания

К своему открытию учёные пришли во время проведения эксперимента в лазерной лаборатории. Они получили отрицательный результат, когда изначально следовали исходному методу расчета. «Но результат был бы физически невозможен», — говорит Ходадад Каши. Вместе команда приступила к устранению неполадок экспериментальной установки и расчетной модели.

«Когда эксперимент оказывается сильно отличающимся от ожидаемого, ученые начинают подвергать сомнению предыдущие предположения и искать новые объяснения», — говорит Куес.

Они совместно разработали новую теорию квантовой интерференции тепловых полей с параметрическими одиночными фотонами. Квантовый исследователь Люсия Каспани из Университета Стратклайда в Глазго была первой, кто протестировал этот подход. В качестве следующего шага Ходадад Каши представила свою теорию и результаты экспериментов на международных конференциях, в том числе на Photonics West в Сан-Франциско, крупнейшей в мире специализированной конференции по оптике и фотонике, собравшей около 22 000 участников. Там она обсудила свою модель с другими учеными и получила подтверждение своих результатов. Журнал Письма о физических отзывах теперь опубликовал исследование команды.

Благодаря новой теории и экспериментальной проверке команда Куеса внесла важный вклад в лучшее понимание квантовых явлений. «Результаты могут быть важны для квантового распределения ключей, которое необходимо для безопасной связи в будущем, в частности, для того, как эффекты квантовой интерференции интерпретируются при генерации секретных ключей», — говорит Ходадад Каши. Однако многие вопросы остаются без ответа, говорит Куес: «Многофотонные эффекты были проведены мало, поэтому еще предстоит много работы».

Ссылка: «Спектральный эффект Хонг-Оу-Манделя между заявленным однофотонным состоянием и тепловым полем: многофотонное загрязнение и порог неклассичности», Анахита Ходадад Каши, Люсия Каспани и Майкл Куес, 4 декабря 2023 г., Письма о физических отзывах.
DOI: 10.1103/PhysRevLett.131.233601.

Исследование было поддержано Европейским исследовательским советом в рамках стартового грантового проекта QFreC. Профессор доктор Михаэль Куес — глава Института фотоники и член правления Кластера передового опыта PhoenixD: Фотоника, оптика и инженерия – инновации в разных дисциплинах Университета Лейбница в Ганновере, Германия. В исследовательский кластер PhoenixD входят около 120 ученых, работающих над новой интегрированной оптикой. Немецкий исследовательский фонд (DFG) финансирует PhoenixD на сумму около 52 миллионов евро в период с 2019 по 2025 год.

Исходная ссылка

- Advertisement -

Популярное по теме