Immagini a pieno formato che registrano la violazione di una disuguaglianza di Bell in quattro immagini. (A) Vengono presentate le quattro immagini di conteggio delle coincidenze, che corrispondono alle immagini del cerchio di fase acquisite con i quattro filtri di fase con orientamenti diversi, 2 ={0°, 45° , 90° , 135°}, necessario per eseguire il test della campana. Barre della scala, 1 mm (nel piano dell'oggetto). (B a E) La coincidenza conta i grafici in funzione dell'angolo di orientamento θ1 del passo di fase lungo l'oggetto. Come mostrato, questi risultati sono ottenuti dispiegando le ROI rappresentate come anelli rossi e sono estratti dalle immagini presentate in (A). I punti blu nei grafici sono i conteggi delle coincidenze per regione angolare all'interno delle ROI, e le curve rosse corrispondono ai migliori adattamenti dei dati sperimentali da una funzione coseno-quadrato. (B) a (E) corrispondono agli orientamenti del filtro di fase θ2 di 0°, 45°, 90°, e 135°, rispettivamente. Credito: Progressi scientifici (2019). DOI:10.1126/sciadv.aaw2563
Per la prima volta in assoluto, i fisici sono riusciti a scattare una foto di una forte forma di entanglement quantistico chiamato entanglement di Bell, catturando la prova visiva di un fenomeno sfuggente che un perplesso Albert Einstein una volta chiamò "azione spettrale a distanza".
Due particelle che interagiscono tra loro, come due fotoni che passano attraverso un divisore di fascio, per esempio, a volte può rimanere connesso, condividere istantaneamente i loro stati fisici, non importa quanto sia grande la distanza che li separa. Questa connessione è nota come entanglement quantistico, e sostiene il campo della meccanica quantistica.
Einstein pensava che la meccanica quantistica fosse "spettrale" a causa dell'istantaneità dell'apparente interazione remota tra due particelle entangled, che sembrava incompatibile con elementi della sua teoria della relatività ristretta.
Dopo, Sir John Bell ha formalizzato questo concetto di interazione non locale descrivendo una forte forma di entanglement che mostra questa inquietudine. Oggi, mentre l'entanglement di Bell viene sfruttato in applicazioni pratiche come l'informatica quantistica e la crittografia, non è mai stato catturato in una singola immagine.
In un articolo pubblicato oggi sulla rivista Progressi scientifici , un team di fisici dell'Università di Glasgow descrive come hanno reso visibile per la prima volta l'inquietudine di Einstein in un'immagine.
Hanno ideato un sistema che spara un flusso di fotoni entangled da una sorgente quantistica di luce su "oggetti non convenzionali" - visualizzati su materiali a cristalli liquidi che cambiano la fase dei fotoni mentre passano attraverso.
Hanno installato una fotocamera super sensibile in grado di rilevare singoli fotoni che avrebbero scattato un'immagine solo quando avesse visto sia un fotone che il suo "gemello" intrappolato, creando una registrazione visibile dell'entanglement dei fotoni.
Configurazione dell'immagine per eseguire un test di disuguaglianza di Bell nelle immagini. Un cristallo BBO pompato da un laser ultravioletto viene utilizzato come sorgente di coppie di fotoni entangled. I due fotoni sono separati su un divisore di fascio (BS). Una fotocamera intensificata innescata da uno SPAD viene utilizzata per acquisire immagini fantasma di un oggetto fase posto sul percorso del primo fotone e filtrato non localmente da quattro diversi filtri spaziali che possono essere visualizzati su uno SLM (SLM 2) posto nell'altro braccio. Essendo stato attivato dallo SPAD, la fotocamera acquisisce immagini di coincidenza che possono essere utilizzate per eseguire un test Bell. Credito: Progressi scientifici (2019). DOI:10.1126/sciadv.aaw2563
Il dottor Paul-Antoine Moreau della School of Physics and Astronomy dell'Università di Glasgow è l'autore principale dell'articolo. Il Dr. Moreau ha dichiarato:"L'immagine che siamo riusciti a catturare è un'elegante dimostrazione di una proprietà fondamentale della natura, visto per la prima volta sotto forma di immagine.
"È un risultato entusiasmante che potrebbe essere utilizzato per far avanzare il campo emergente dell'informatica quantistica e portare a nuovi tipi di imaging".
La carta, intitolato "Imaging del comportamento non locale di tipo Bell", è pubblicato in Progressi scientifici .
