I ricercatori bernesi hanno compiuto un passo importante verso nuovi metodi di misurazione come la spettroscopia quantistica. In un esperimento, sono riusciti a svelare parte del mistero che circonda i cosiddetti "fotoni entangled" e ad ottenere un controllo preciso sulle correlazioni misurate.

Le tecnologie quantistiche mantengono la promessa di andare oltre le capacità delle attuali tecnologie classiche facendo uso del puro fenomeno quantistico, come "particelle entangled". Le tecnologie quantistiche sono utilizzate in varie applicazioni, per esempio nei computer quantistici o nel rilevamento e metrologia quantistici, che consente l'imaging con una risoluzione più elevata o determina con maggiore precisione le proprietà di atomi e molecole.

Particelle impigliate

L'entanglement è uno dei fenomeni fisici quantistici più impressionanti. Descrive la proprietà di due particelle che non si comportano come due oggetti indipendenti, ma come un singolo oggetto fisico. L'entanglement non deve essere inteso spazialmente:le particelle entangled sono correlate tra loro in termini delle loro proprietà. Ciò significa che se si modificano le proprietà di una particella, l'altra particella cambia allo stesso tempo, non importa dove sia. Le particelle di luce (fotoni) possono essere entangled dividendo una singola particella in due fotoni in una disposizione laser con un cristallo speciale. In ottica, i fotoni entangled sono una componente importante nello sviluppo di nuovi metodi di misurazione quantistica. Possono essere utilizzati perché la capacità di misurazione di una coppia di fotoni entangled è maggiore di quella di due singoli fotoni. Però, l'entanglement quantistico porta all'osservazione delle relazioni tra le misurazioni alle coppie di fotoni, che può essere spiegato solo dalla meccanica quantistica e non con i concetti della fisica classica.

Fino ad ora non esisteva alcun metodo per produrre coppie di fotoni che non mostrassero la meccanica quantistica, ma solo correlazioni energetiche classiche. In un esperimento, un gruppo di ricerca dell'Istituto di fisica applicata dell'Università di Berna è ora riuscito a trasformare le correlazioni osservate delle coppie di fotoni da puramente quantomeccaniche a completamente classiche. Questo passaggio rappresenta una novità, poiché le correlazioni quantistiche e classiche sono difficili da conciliare. I ricercatori sono stati in grado di dimostrare la transizione in un esperimento con un nuovo metodo in cui sono stati in grado di controllare la correlazione delle energie di due fotoni. I risultati sono stati pubblicati sulla rivista Fisica delle comunicazioni naturali .

Scuotere i fotoni

L'entanglement dei fotoni è un cosiddetto "entanglement energia-tempo, " poiché i fotoni si correlano rispetto sia al tempo di emissione che all'energia. Entrambe le correlazioni possono essere osservate sperimentalmente e consentono di trarre conclusioni l'una sull'altra. Ma poiché i ricercatori volevano rilevare solo le correlazioni nel tempo delle coppie di fotoni, hanno dovuto afferrare nella loro borsa dei trucchi:"Per formare tali coppie, abbiamo scosso casualmente i fotoni, per così dire, " spiega il dottor Stefan Lerch, autore principale dello studio. Facendo ciò, i ricercatori hanno indotto una perturbazione. "Più si aggiungeva perturbazione, tanto meno i fotoni si sono comportati in modo quantistico."

Per cambiare lo stato quantico dei fotoni, i ricercatori si sono avvalsi di tecniche normalmente applicate per la modellazione di impulsi laser ultracorti. "Il saper fare, che è stato sviluppato presso l'Università di Berna nell'ambito del NCCR MUST è stato essenziale per ottenere il controllo preciso necessario, " note studio coautore Prof. Dr. André Stefanov.

L'applicazione potenziale più promettente dei fotoni entangled energia-tempo è la spettroscopia, un metodo fisico per studiare le proprietà delle molecole con la luce. "Mi aspetto che la spettroscopia di fotoni entangled sia un nuovo modo rivoluzionario di eseguire la spettroscopia ottica, " afferma André Stefanov. Resta comunque da dimostrare sperimentalmente. Le scoperte dei ricercatori bernesi sono un passo importante in questo percorso. "Sono convinto che una tale configurazione sarà una componente essenziale dei futuri esperimenti di spettroscopia quantistica, " aggiunge André Stefanov.