In una collaborazione tra l'Università di Aarhus e l'Università della Danimarca meridionale, i ricercatori hanno scoperto un modo per sottrarre un singolo quanto di luce da un raggio laser. Questo lavoro è stato recentemente pubblicato su Lettere di revisione fisica . Il metodo apre la strada alla futura comunicazione e calcolo quantistico utilizzando la meccanica quantistica per applicazioni tecnologiche.
La luce è costituita da piccoli pacchetti indivisibili di energia, o particelle, noti come fotoni. Una proprietà distintiva dei fotoni è che non interagiscono, semplicemente passando l'uno attraverso l'altro totalmente inalterati. Nel contesto della comunicazione quantistica, questa è una funzione molto utile, poiché alla fine consente la trasmissione a bassa perdita di dati codificati otticamente su distanze molto grandi. Però, molte idee emergenti per l'elaborazione delle informazioni quantistiche trarrebbero grande vantaggio dalla capacità di far interagire due fotoni in modo tale che uno influenzi la propagazione o lo stato di un altro.
Negli ultimi anni, i gas atomici ultrafreddi hanno dimostrato di essere un mezzo ideale in cui manipolare la luce. Per esempio, utilizzando una tecnica nota come trasparenza indotta elettromagneticamente, i ricercatori possono modificare drasticamente la velocità di propagazione della luce e rallentare la luce fino a velocità sorprendentemente basse di pochi metri al secondo.
Forse ancora più sorprendentemente, la luce può essere fermata convertendo i fotoni in eccitazioni atomiche all'interno del mezzo. Invertendo questo processo e mappando le eccitazioni sui fotoni, questa procedura realizza una memoria quantistica fotonica in cui i fotoni possono essere temporaneamente archiviati e recuperati su richiesta.
Insieme al team dell'Università di Aarhus e ai collaboratori del Joint Quantum Institute dell'Università del Maryland, il team sperimentale di Odense ha implementato una tale memoria fotonica, ma con una forma speciale di gas atomico in cui gli atomi costituenti presentano forti interazioni.
Questo fa sì che i fotoni si rilevino l'un l'altro nella memoria quantistica, consentendo ai ricercatori di manipolare la luce a un livello non lineare. Usando questa idea, i gruppi hanno ideato e dimostrato un nuovo modo per sottrarre un singolo fotone da un raggio ottico utilizzando un altro raggio di luce.
L'idea generale è prima di memorizzare un campo ottico, e poi inviarne un altro tramite il supporto. I fotoni nel secondo raggio rilevano i fotoni immagazzinati e interagiscono con essi in modo tale che un singolo fotone venga etichettato e successivamente scartato al momento del recupero. Essere derubato di un singolo fotone, il fascio di luce originale viene lasciato in uno stato quantico peculiare che di per sé ha numerose applicazioni scientifiche e tecnologiche.
Infatti, l'idea alla base di manipolare i fotoni usando una memoria quantistica non lineare è promettente per molte applicazioni nella scienza dell'informazione quantistica. Sebbene siano necessari ulteriori studi prima che tali capacità diventino pienamente pratiche, il prototipo di sottrattore di fotoni dimostrato è un'importante pietra miliare verso le tecnologie quantistiche basate su fotoni interagenti.
