Una nuova ricerca ha permesso per la prima volta di confrontare le strutture spaziali e le posizioni di due oggetti distanti, che possono essere molto distanti tra loro, semplicemente utilizzando una semplice fonte di luce termica, proprio come una stella nel cielo.

Questa tecnica di rilevamento, introdotto dal Dott. Vincenzo Tamma presso l'Università di Portsmouth in collaborazione con l'Università di Bari in Italia e l'Università del Maryland, Baltimore County negli Stati Uniti nella recente pubblicazione in Ottica Express , consente il confronto della struttura spaziale di un oggetto remoto con un oggetto di riferimento, aprendo la strada a importanti applicazioni di telerilevamento.

La tecnica si basa sul famoso effetto Hanbury Brown e Twiss, originariamente impiegato per misurare le dimensioni angolari di una stella lontana, che ha dato vita al nuovo campo dell'ottica quantistica. La nuova ricerca segnalata ha ora portato la fisica alla base di questo effetto un ulteriore passo avanti.

Il dottor Tamma ha dichiarato:"Questi risultati non solo approfondiscono la nostra comprensione dell'interessante fisica dietro l'interferenza multifotone, ma sono anche di interesse per lo sviluppo di tecnologie quantistiche per il telerilevamento, imaging biomedico ed elaborazione delle informazioni".

Il fenomeno dell'interferenza multifotone al centro di questa nuova tecnica di rilevamento è stato previsto per la prima volta dal dott. Tamma e dal suo studente Johannes Seiler nel 2014 e riportato come Fast Track Communication nella rivista Nuovo Giornale di Fisica . La natura controintuitiva di questo fenomeno ha reso difficile l'accettazione da parte della comunità scientifica. Ciò nonostante, ha già portato a tre verifiche indipendenti (qui, qui e qui) in tre diversi scenari sperimentali negli Stati Uniti, Italia e Corea del Sud.

Nella recente pubblicazione in Rapporti scientifici in collaborazione con l'Università degli Studi di Bari, questa tecnica è stata impiegata sperimentalmente per la caratterizzazione spaziale di due oggetti remoti, vale a dire due maschere a doppio foro stenopeico, a distanze che, in linea di principio, potrebbe essere arbitrariamente grande.

Nella configurazione sperimentale, la luce termica colpisce un divisore di raggio bilanciato e quindi raggiunge le due maschere remote a doppio foro di spillo attraverso i due canali di uscita del divisore di raggio.

La dottoressa Tamma ha detto:"Nell'esperimento qui riportato, la distanza tra i due forellini è sufficientemente grande da non creare coerenza tra la luce che li attraversa. Il classico esperimento della doppia fenditura di Young ci insegna che in questo caso nessuna interferenza di un singolo fotone può essere misurata separatamente dietro ogni maschera. Ciò nonostante, l'interferenza multifotone viene osservata eseguendo misurazioni di correlazione con due rivelatori, uno posto dietro ciascuna delle due maschere. Ancora più interessante, il modello di interferenza misurato ci consente di recuperare informazioni sulla posizione e sulla struttura spaziale di entrambe le maschere.

"Sorprendentemente, questa tecnica di rilevamento consente la misurazione, tramite interferenza multifotone, del relativo restringimento/stiramento di un oggetto rispetto all'altro. Per di più, se entrambi i rilevatori vengono spostati, simmetricamente, più lontano dall'asse ottico è addirittura possibile aumentare la sensibilità di misura ai cambiamenti nelle strutture spaziali dell'oggetto. Un'analisi simile può essere eseguita per determinare la posizione relativa dei due diversi oggetti".

L'applicazione di questa tecnica al rilevamento di oggetti remoti arbitrari potrebbe aprire la strada a un ampio spettro di applicazioni nel rilevamento remoto. Per di più, l'estensione di questo schema all'uso di fotoni entangled può portare ad applicazioni nella metrologia ad alta precisione oltre ogni capacità classica.

La fisica delle correlazioni multipath al centro di questo effetto è già stata dimostrata cruciale nella simulazione di porte logiche quantistiche con una sorgente termica. Questo ha applicazioni potenzialmente importanti nell'elaborazione delle informazioni e nello sviluppo di nuovi algoritmi ottici.