Ny teknik kan fange billeder af ultrahurtige energitid sammenfiltrede fotonpar

Forskere ved Institute for Quantum Computing (IQC) ved University of Waterloo har taget de første billeder af ultrahurtige fotoner, der er indviklet i energitid. Den nye teknik vil have direkte applikationer til kvantekryptografi og kommunikationsprotokoller, herunder mulighed for etablering af meget sikre kommunikationskanaler over lange afstande.

"Denne teknik giver os mulighed for at udforske alle former for kvanteeffekter, der var utilgængelige, fordi detektorerne simpelthen var for langsomme, "sagde Jean-Philippe MacLean, hovedforfatter af undersøgelsen og en ph.d. -kandidat i Institut for Fysik og Astronomi på Det Naturvidenskabelige Fakultet.

For at fange en af ​​de kortest mulige kvantehændelser, forskerne brugte en teknik kendt som optisk gating. På samme måde som Harold Edgerton brugte højhastigheds-stroboskoplys til at fange nogle af de mest ikoniske billeder i det 20. århundrede, enheden bruger korte lyspulser til at fotografere fotonerne i tide. Denne teknik tillod forskerne at overgå begrænsningerne i nuværende detektorer og måle sammenfiltrede par af fotoner med en opløsning under en billionion af et sekund.

"I de sidste 10 til 20 år har forskere har været interesserede i at udforske og udnytte sammenfiltring af energitid til kommunikation, "sagde MacLean." Ved at kunne måle ultrahurtige sammenfiltrede fotoner, vores måleteknik åbner døren for at udnytte forvikling i et helt nyt regime. "

Energitid-sammenfiltring er et træk ved kvantelys. Det opstår, når et par fotoner er stærkt korreleret i både deres frekvens og ankomsttidspunkt. Forskere har været interesserede i at udnytte sammenfiltring af energi-tid til kvanteinformation, men indtil nu, de manglede opløsningen i både energi og tid til direkte at observere den.

Det nye apparat bringer et værktøj, der ofte påberåbes inden for klassisk optikforskning, til kvanteverdenen. I klassisk optik, evnen til nøjagtigt at måle både energi og tidsegenskaber ved lys på ultrahurtige tidsskalaer har været afgørende for innovationer inden for laserfysik og spektroskopi.

"Ultrahurtig og kvante repræsenterer to grænser for optisk videnskab, "sagde Kevin Resch, midlertidig administrerende direktør ved IQC og professor i Institut for Fysik og Astronomi på Det Naturvidenskabelige Fakultet. "At bringe teknikker fra et af disse områder til det andet åbner spændende muligheder."

Papiret udgives i Fysisk gennemgangsbreve .