Kromatisk lyspartikeleffekt afsløret for udviklingen af ​​fotoniske kvantenetværk

Det er endnu et skridt på vejen til at udvikle kvanteinformationsbehandlingsapplikationer:Et nøgleeksperiment lykkedes med at gå ud over de tidligere definerede grænser for fotonapplikationer. Anahita Khodadad Kashi og prof. Dr. Michael Kues fra Institute of Photonics og Cluster of Excellence PhoenixD ved Leibniz University Hannover (Tyskland) har demonstreret en ny interferenseffekt. Forskerne har således vist, at nye farvekodede fotoniske netværk kan aflyttes, og antallet af involverede fotoner kan skaleres. "Denne opdagelse kunne muliggøre nye benchmarks inden for kvantekommunikation, beregningsmæssige operationer af kvantecomputere såvel som kvantemålingsteknikker og er gennemførlige med eksisterende optisk telekommunikationsinfrastruktur, " siger Kues.

Det afgørende eksperiment blev udført med succes i det nyetablerede Quantum Photonics Laboratory (QPL) fra Institute of Photonics og Hannover Center for Optical Technologies ved Leibniz University Hannover. Anahita Khodadad Kashi lykkedes med kvantemekanisk at interferere uafhængigt genererede rene fotoner med forskellige farver, dvs. frekvenser. Khodadad Kashi opdagede en såkaldt Hong-Ou-Mandel-effekt.

Hong-Ou-Mandel-interferens er en grundlæggende effekt af kvanteoptikken, der danner grundlaget for mange applikationer til behandling af kvanteinformation – fra kvanteberegning til kvantemetrologi. Effekten beskriver, hvordan to fotoner opfører sig, når de kolliderer på en rumlig stråledeler og forklarer fænomenet kvantemekanisk interferens.

Forskerne har nu realiseret en frekvensstrålesplitter ved hjælp af telekommunikationskomponenter og demonstrerer Hong-Ou-Mandel-effekten for første gang mellem to uafhængigt genererede fotoner i frekvensdomænet. I modsætning til andre dimensioner, såsom polarisationen (oscillationsplan for det elektriske felt) eller fotonens position (rumlig lokalisering), frekvensen er meget mindre modtagelig for interferens. "Vores tilgang tillader fleksibel konfigurerbarhed og adgang til højdimensionelle systemer, hvilket kan føre til storskala kontrollerbare kvantesystemer i fremtiden, " siger Kues. Dette to-foton interferens fænomen kan tjene som grundlag for et kvante internet, ikke-klassiske kommunikations- og kvantecomputere. Med andre ord, resultaterne kunne bruges til frekvensbaserede kvantenetværk. Et andet bemærkelsesværdigt træk ved den nye opdagelse er, at denne stigning i ydeevnen kunne bruges med eksisterende infrastruktur, dvs. standard fiberoptiske forbindelser til internetforbindelse. Brugen af ​​kvanteteknologier i hjemmet kunne således teoretisk muliggøres i fremtiden.

"Jeg var meget glad for, at vores eksperiment var i stand til at demonstrere Hong-Ou-Mandel-effekten i frekvensdomænet, " siger Khodadad Kashi. Forskeren flyttede til Hannover i 2019 efter at have afsluttet sin kandidatgrad i elektroteknik, med fokus på fotonik ved Iran University of Science and Technology i Teheran. Siden da, hun har styrket Prof. Kues' team på syv. Kues har været professor ved Leibniz University Hannover siden foråret 2019 og forsker i udviklingen af ​​fotoniske kvanteteknologier ved hjælp af mikro- og nanofotonik i Cluster of Excellence PhoenixD. I fremtiden, Kashi og Kues vil fortsætte deres forskning om emnet spektral Hong-Ou-Mandel-interferens. "Jeg vil gerne udvide det nuværende eksperiment til at udnytte den påviste effekt til kvanteinformationsbehandling, " siger Khodadad Kashi.