Un team della Facoltà di Fisica, MSU, ha sviluppato un metodo per creare due fasci di fotoni entangled per misurare il ritardo tra di loro. In futuro i risultati dello studio potranno essere utilizzati in misurazioni di alta precisione, studi sui materiali, e tecnologie informatiche. L'articolo è stato pubblicato su Lettere di ottica rivista.

David Nikolaevich Klyshko, professore della Cattedra di Elettronica Quantistica alla MSU, scoprì la conversione parametrica spontanea verso il basso nel 1966 e in seguito fu insignito del Premio di Stato insieme ai suoi colleghi. Questa scoperta segnò l'inizio dell'ottica quantistica, un'area popolare della fisica che coinvolge le proprietà quantistiche della luce. L'effetto è abbastanza semplice:un fotone che entra in un cristallo viene diviso in due fotoni con la somma delle loro frequenze pari alla frequenza del fotone originale. In particolare, questo processo può essere osservato solo in cristalli non lineari in cui la frequenza dei fotoni può cambiare nel corso della diffusione.

L'effetto è stato osservato in studi sui cristalli stessi, misure di efficienza in rivelatori fotosensibili, e soprattutto in ottica quantistica, dove ha applicazioni pratiche in campi come la crittografia quantistica, calcoli quantistici, e teletrasporto quantistico. Se si misura la polarizzazione di un fotone, lo stato quantistico di polarizzazione del secondo è alterato, anche. Eventuali cambiamenti nel primo fotone si verificano immediatamente nel secondo. Però, questo effetto non può essere utilizzato per scambiare informazioni.

In un recente esperimento, Gli scienziati dell'MSU, sotto la guida della principale associata di ricerca Maria Chekhova, hanno cercato di generare potenti fasci di fotoni entangled. "In questo caso, la correlazione non è tra singoli fotoni, ma tutte le travi, e la domanda è, qual è la precisione di questa correlazione?" dice Pavel Prudkovskii, coautore dell'opera. "Se rallentiamo un raggio, in che momento ci accorgeremmo della desincronizzazione?"

Per rispondere a queste domande gli scienziati hanno dovuto creare fotoni con frequenze diverse per formare due fasci di luce che si muovono insieme in parallelo. Per ottenere questo effetto, i cristalli di niobato di litio che vengono spesso utilizzati in tali esperimenti dovevano essere coltivati ​​con una certa struttura con un reticolo di domini non periodico aggiuntivo precalcolato.

Nel corso dell'esperimento, gli scienziati hanno bloccato un po' uno dei due fasci di fotoni entangled, e percorrere un percorso ausiliario. Quindi, entrambi i raggi raggiungevano il secondo cristallo, il solito niobato di litio. "In questo cristallo, è avvenuta la sommatoria delle frequenze. Se i raggi arrivano in sincronia, è più efficiente che in altri casi, " ha detto Prudkovskii. "Di conseguenza, otteniamo un picco stretto nel segnale di frequenza sommario. La sua larghezza è di 90 femtosecondi (10 ^-15 secondo), e questo è il nostro principale risultato.

Così, gli scienziati sono riusciti a registrare sperimentalmente lo spostamento più piccolo possibile tra fasci gemelli di fotoni entangled che può essere osservato dai dispositivi di misurazione. Secondo la squadra, è possibile ridurre ulteriormente questo valore, ma per farlo, lo schema dell'esperimento sarebbe più complesso. "Proprio adesso, 90 femtosecondi è un valore da record, ma può essere ridotto, e sappiamo come, " ha spiegato Prudkovskii. Dice che il periodo d'onda dell'emissione laser è solo di alcuni femtosecondi, quindi è possibile ridurre la durata di tale ritardo fino a una dozzina circa.

I risultati dello studio possono essere utilizzati per lo sviluppo di canali di comunicazione crittografati protetti da interruzioni o microspie. Se un criminale cerca di intercettare un raggio di fotoni entangled, avrebbero dovuto fermarlo per un periodo di tempo, e il ritardo si sarebbe notato. Inoltre, la registrazione di un ritardo in due fasci quantistici può essere utilizzata per rilevare miscele minori nelle sostanze.