Måling af lysets egenskaber:Forskere indser ny metode til bestemmelse af kvantetilstande

Forskere ved Paderborn Universitet har brugt en ny metode til at bestemme karakteristika for optiske kvantetilstande. For første gang bruger de visse fotondetektorer – enheder, der kan detektere individuelle lyspartikler – til såkaldt homodyndetektion.

Evnen til at karakterisere optiske kvantetilstande gør metoden til et væsentligt værktøj til kvanteinformationsbehandling. Præcis viden om egenskaberne er vigtig til brug i for eksempel kvantecomputere. Resultaterne er nu blevet offentliggjort i Optica Quantum.

"Homodyne-detektion er en metode, der ofte bruges i kvanteoptik til at undersøge den bølgelignende natur af optiske kvantetilstande," forklarer Timon Schapeler fra Paderborn-arbejdsgruppen "Mesoscopic Quantum Optics" ved Fysisk Institut.

Sammen med Dr. Maximilian Protte har han brugt metoden til at undersøge de såkaldte kontinuerte variable for optiske kvantetilstande. Dette involverer lysbølgernes variable egenskaber. Disse kan for eksempel være amplituden eller fasen, det vil sige bølgernes svingningsadfærd, som blandt andet er vigtige for målrettet manipulation af lys.

For første gang har fysikerne brugt superledende nanowire single photon-detektorer (SNPD'er) til målingerne - i øjeblikket de hurtigste enheder til fotontælling. Med deres specielle eksperimentelle opsætning har de to forskere vist, at en homodyndetektor med SNSPD'er har en lineær respons på input-fotonfluxen. Oversat betyder det, at det målte signal er proportionalt med indgangssignalet.

"I princippet giver integrationen af ​​superledende enkeltfoton-detektorer mange fordele inden for kontinuerte variabler, ikke mindst den indre fasestabilitet. Disse systemer har også næsten 100 % on-chip detektionseffektivitet. Det betyder, at ingen partikler går tabt under Vores resultater kunne muliggøre udviklingen af ​​højeffektive homodyndetektorer med enkeltfotonfølsomme detektorer," siger Schapeler.

At arbejde med kontinuerlige lysvariabler åbner op for nye og spændende muligheder inden for kvanteinformationsbehandling ud over qubits, de sædvanlige beregningsenheder i kvantecomputere.

Flere oplysninger: Maximilian Protte et al., Balanceret homodyndetektion med lav støj med superledende nanotråd-enkeltfoton-detektorer, Optica Quantum (2023). DOI:10.1364/OPTICAQ.502201

Leveret af Universität Paderborn