Tessendo qualche magia quantistica, I ricercatori di A*STAR hanno ottenuto qualcosa che sembra essere una contraddizione in termini:utilizzare la luce visibile per eseguire la spettroscopia a lunghezze d'onda infrarosse. Ancora più misterioso è che la luce visibile non passa nemmeno attraverso il campione da misurare.

La spettroscopia a infrarossi è ampiamente utilizzata dai chimici per identificare le sostanze chimiche dalle loro uniche "impronte digitali" nella regione dell'infrarosso. Però, sorgenti di luce a infrarossi, elementi e rivelatori tendono ad avere prestazioni inferiori e ad essere più costosi dei loro omologhi a luce visibile.

Ora, Dmitry Kalashnikov dell'A*STAR Data Storage Institute e i suoi collaboratori hanno trovato un modo per superare questo problema e realizzare il meglio di entrambi i mondi, utilizzando la luce visibile per eseguire misurazioni nella regione dell'infrarosso.

Ci sono riusciti sfruttando un effetto quantistico noto come entanglement. In questo fenomeno, due particelle quantistiche (in questo caso, particelle di luce note come fotoni) sono così intimamente connesse che il cambiamento dello stato quantistico di una particella altera simultaneamente lo stato dell'altra particella, anche quando le due particelle sono separate nello spazio. Questa è l'"azione spettrale a distanza" a cui Einstein notoriamente si oppose.

Kalashnikov e il suo team hanno usato un cristallo speciale per creare una coppia di fotoni entangled, una visibile e una infrarossa (vedi immagine). Il fotone infrarosso è passato attraverso un campione, mentre quello ottico no. I due fotoni si sono poi incrociati in un secondo cristallo ed è stato rilevato il fotone visibile. Poiché qualsiasi cambiamento indotto dal campione nel fotone infrarosso si rifletteva nel fotone visibile, il team ha potuto dedurre informazioni sulle proprietà a infrarossi del campione misurando solo il fotone visibile.

I ricercatori hanno dimostrato il potenziale di questa tecnica utilizzandola per misurare la presenza e la concentrazione di anidride carbonica in campioni di aria.

"Siamo fiduciosi che questo metodo troverà un'ampia varietà di applicazioni pratiche, ad esempio nel monitoraggio ambientale e nella diagnostica sanitaria, "dice Kalashnikov.

"Questo studio dimostra che l'ottica quantistica si sta allontanando dal regno della scienza puramente fondamentale, " aggiunge. "Stiamo assistendo a un aumento delle applicazioni pratiche in diversi campi, compresa la crittografia, metrologia, imaging e rilevamento. Il nostro lavoro è un altro esempio di questa tendenza".

Il team intende estendere la tecnica a lunghezze d'onda più lunghe nei terahertz e nel lontano infrarosso. Stanno anche valutando l'integrazione del sistema su un'unica piattaforma, che ne renderebbe più facile l'attuazione.