At skabe forskellige slags lys med manipulerbare kvanteegenskaber

I et papir offentliggjort i dag i Nature's NPJ Quantum Information , Omar Magaña-Loaiza, assisterende professor ved Louisiana State University (LSU) Department of Physics &Astronomy, og hans team af forskere beskriver et bemærkelsesværdigt skridt fremad i kvantemanipulation og kontrol af lys, som har vidtrækkende kvanteteknologiske anvendelser inden for billeddannelse, simulering, metrologi, beregning, meddelelse, og kryptografi, blandt andre områder. Papiret, med titlen "Multiphoton quantum-state engineering ved hjælp af betingede målinger, " inkluderer medforfattere fra National Institute of Standards and Technology i Boulder, Colo., institutter og universiteter i Mexico og Tyskland, samt Chenglong You, en LSU-postdoc-forsker og medlem af Dr. Magaña-Loaizas eksperimentelle kvantefotonikgruppe.

På kvanteniveau, lys forbliver svært at kontrollere til tekniske formål.

"Hvis vi er i stand til at kontrollere fotonudsving og tilhørende støj, " sagde Magaña-Loaiza. "Så, vi kan foretage mere præcise målinger. Denne teknologi er ny og vil ændre vores felt."

Fysikere over hele verden kører efter at udvikle teknikker til at bevare lysets kvanteegenskaber i store nok skalaer til praktiske formål. Mens fysikere indtil videre kan kontrollere kvanteegenskaberne af enkelte fotoner og par af fotoner, fører til kraftfulde applikationer gennem sammenfiltring og "bebudelse" (hvor viden om en foton giver relativt sikker viden om en anden, endnu ikke opdaget foton), Magaña-Loaizas team demonstrerede med succes en metode til at generere grupper af fotoner med de samme kraftfulde egenskaber-kendt som multiphoton-tilstande.

Ved at trække nogle fotoner fra, Magaña-Loaiza sagde, "Vi kan omforme bølgepakkens form og kunstigt øge antallet af fotoner i den."

I øvrigt, der henviser til, at tidligere videnskabsmænd producerede multifotontilstande ved hjælp af flere kilder, Magaña-Loaizas team formåede at bygge en enkelt kilde til at producere multifotonpakker, der deler ligheder med indviklede lasere:en stor teknologisk præstation.

Men måske mest imponerende, publikationen afslører, at Magaña-Loaizas team kan generere flere slags lys med manipulerbare kvantetilstande i en enkelt opsætning.

"Jeg tror virkelig, vi laver noget nyt, og jeg tror, ​​folk begynder at genkende dette, " han sagde.

Ud over at generere enkelte fotoner, de kan også producere sammenfiltret laserlys og sammenfiltret naturligt lys (dvs. sollys) med ønskede egenskaber.

"Hvis du er i stand til at manipulere lys på dette grundlæggende niveau, kan du konstruere lys, " han sagde.

Magaña-Loaiza opnåede sin ph.d. i eksperimentel kvanteoptik ved University of Rochester i 2016, inden han blev forskningsassistent ved National Institute of Standards and Technology i Boulder, Colo. Han sluttede sig derefter til fakultetet på LSU i august 2018, hvor han leder den eksperimentelle kvantefotonikgruppe. At gøre spændende fremskridt inden for kvantemetrologi, gruppen bruger kilder til sammenfiltrede fotoner til at udvikle flere kvanteteknologier. Et papir Magaña-Loaiza, som for nylig blev skrevet sammen med Dr. You, mens sidstnævnte stadig var doktorand, "Multiphoton quantum metrology uden forud- og eftervalgte målinger, "inklusive bidrag fra LSU-fysiker Jonathan Dowling og flere samarbejdspartnere, blev udvalgt som vinder af Emil Wolf Outstanding Student Paper Competition i denne uge.

Papiret, "Multiphoton quantum-state engineering ved hjælp af betingede målinger, "er tilgængelig online i Nature's npj Kvanteinformation .