Forskere opdager, hvordan man skelner stråler af sammenfiltrede fotoner

Et team fra Det Fysiske Fakultet, MSU, har udviklet en metode til at oprette to stråler af sammenfiltrede fotoner til at måle forsinkelsen mellem dem. I fremtiden kan undersøgelsens resultater bruges til højpræcisionsmålinger, materialestudier, og informationsteknologi. Artiklen blev offentliggjort i Optik bogstaver tidsskrift.

David Nikolaevich Klyshko, professor i formanden for kvanteelektronik ved MSU, opdagede spontan parametrisk nedkonvertering i 1966 og blev senere tildelt statsprisen sammen med sine kolleger. Denne opdagelse markerede begyndelsen på kvanteoptik, et populært fysikområde, der involverer lysets kvanteegenskaber. Effekten er ganske enkel:En foton, der kommer ind i en krystal, er opdelt i to fotoner med summen af ​​deres frekvenser lig med frekvensen af ​​den originale foton. Især denne proces kan kun observeres i ikke-lineære krystaller, hvor frekvensen af ​​fotoner kan ændre sig i løbet af spredning.

Effekten er blevet observeret i undersøgelser af krystallerne selv, målinger af effektivitet i lysfølsomme detektorer, og især inden for kvanteoptik, hvor den har praktiske anvendelser inden for områder som kvantekryptografi, kvanteberegninger, og kvanteteleportation. Hvis polarisationen af ​​en foton måles, kvantetilstanden for polarisering af den anden ændres, såvel. Eventuelle ændringer i den første foton sker umiddelbart i den anden. Imidlertid, denne effekt kan ikke bruges til at udveksle oplysninger.

I et eksperiment for nylig MSU-baserede forskere under vejledning af førende forskningsassistent Maria Chekhova forsøgte at generere kraftige stråler af sammenfiltrede fotoner. "I dette tilfælde, korrelationen er ikke mellem individuelle fotoner, men hele bjælkerne, og spørgsmålet er, hvad er præcisionen i denne sammenhæng? "siger Pavel Prudkovskii, medforfatter til værket. "Hvis vi bremser den ene stråle, på hvilket tidspunkt ville vi bemærke desynkroniseringen? "

For at besvare disse spørgsmål måtte forskerne lave fotoner med forskellige frekvenser for at danne to lysstråler, der bevægede sig parallelt. For at opnå denne effekt, lithiumniobatkrystaller, der ofte bruges i sådanne forsøg, måtte dyrkes med en bestemt struktur med et forudberegnet ekstra ikke-periodisk domængitter.

I løbet af forsøget, forskerne fik en af ​​de to sammenfiltrede fotonstråler til at gå lidt i stå, og rejse ad en hjælpesti. Derefter, begge bjælker nåede den anden krystal - det sædvanlige lithiumniobat. "I denne krystal, summeringen af ​​frekvenser fandt sted. Hvis bjælkerne ankommer synkroniseret, det er mere effektivt end i andre tilfælde, "sagde Prudkovskii." Som et resultat, vi får en smal top i det opsummerende frekvenssignal. Bredden på den er 90 femtosekunder (10 ^-15 sek), og dette er vores vigtigste præstation.

Dermed, det lykkedes forskerne at eksperimentelt registrere det mindste mulige skift mellem to stråler af sammenfiltrede fotoner, der kan observeres af måleenheder. Ifølge holdet, det er muligt at reducere denne værdi yderligere, men for at gøre det, eksperimentets opbygning ville være mere kompleks. "Lige nu, 90 femtosekunder er en rekordindstillingsværdi, men det kan reduceres, og vi ved hvordan, "forklarede Prudkovskii. Han siger, at bølgeperioden for laseremission kun er flere femtosekunder, så det er muligt at reducere længden af ​​en sådan forsinkelse til et dusin eller deromkring.

Resultaterne af undersøgelsen kan bruges til udvikling af krypterede kommunikationskanaler beskyttet mod afbrydelser eller fejl. Hvis en kriminel forsøger at opfange en stråle af sammenfiltrede fotoner, de skulle standse det i en periode, og forsinkelsen ville blive bemærket. I øvrigt, registreringen af ​​en forsinkelse i to kvanteindviklede stråler kan bruges til at detektere mindre blandinger i stoffer.