Omar Magaña-Loaiza osserva la sua efficiente fonte di conversione parametrica spontanea. Questa sorgente utilizza un cristallo non lineare per produrre coppie di fotoni correlate. Credito:Elsa Hahne, LSU
In un articolo pubblicato oggi su Nature's Informazioni quantistiche NPJ , Omar Magaña-Loaiza, assistente professore presso il Dipartimento di Fisica e Astronomia della Louisiana State University (LSU), e il suo team di ricercatori descrivono un notevole passo avanti nella manipolazione quantistica e nel controllo della luce, che ha applicazioni di tecnologia quantistica di vasta portata nell'imaging, simulazione, metrologia, calcolo, comunicazione, e crittografia, tra le altre aree. La carta, intitolato "Ingegneria dello stato quantistico multifotonico che utilizza misurazioni condizionali, " include coautori del National Institute of Standards and Technology di Boulder, col., istituti e università in Messico e Germania, così come Chenglong You, un ricercatore post-dottorato LSU e membro del gruppo sperimentale di fotonica quantistica del Dr. Magaña-Loaiza.
A livello quantistico, la luce rimane difficile da controllare per scopi ingegneristici.
"Se siamo in grado di controllare le fluttuazioni dei fotoni e il rumore associato, " disse Magaña-Loaiza. "Allora, possiamo fare misurazioni più precise. Questa tecnologia è nuova e cambierà il nostro campo".
I fisici di tutto il mondo stanno correndo per sviluppare tecniche per preservare le proprietà quantistiche della luce su scale abbastanza grandi per scopi pratici. Mentre i fisici possono finora controllare le proprietà quantistiche di singoli fotoni e coppie di fotoni, portando a potenti applicazioni attraverso l'entanglement e l'"annunciazione" (in cui la conoscenza di un fotone fornisce una conoscenza relativamente certa di un altro, fotone non ancora rilevato), Il team di Magaña-Loaiza ha dimostrato con successo un metodo per generare gruppi di fotoni con queste stesse potenti proprietà, note come stati multifotonici.
Sottraendo alcuni fotoni, Magaña-Loaiza ha detto, "Possiamo rimodellare la forma del pacchetto d'onda e aumentare artificialmente il numero di fotoni al suo interno".
Inoltre, considerando che scienziati precedenti hanno prodotto stati multifotoni utilizzando più fonti, Il team di Magaña-Loaiza è riuscito a costruire un'unica fonte per produrre pacchetti multifotoni che condividono somiglianze con i laser entangled:un importante risultato tecnologico.
Sorgente di fotoni entangled. Una lente viene utilizzata per focalizzare il raggio della pompa sul cristallo non lineare, i fotoni entangled generati vengono raccolti da una seconda lente e quindi inviati a un divisore di fascio polarizzante. Questo viene utilizzato per dirigere i fotoni entangled a diverse porte della sorgente. I fotoni con diverse polarizzazioni emergono attraverso diverse porte di uscita. Il laser rosso nel divisore del raggio polarizzante viene utilizzato per scopi di allineamento. Credito:Elsa Hahne, LSU
Ma forse in modo più impressionante, la pubblicazione rivela che il team di Magaña-Loaiza può generare più tipi di luce con stati quantistici manipolabili in un'unica configurazione.
"Penso davvero che stiamo facendo qualcosa di nuovo, e penso che la gente stia iniziando a riconoscerlo, " Egli ha detto.
Oltre a generare singoli fotoni, possono anche produrre luce laser entangled e luce naturale entangled (cioè, luce solare) con le proprietà desiderate.
"Se sei in grado di manipolare la luce a questo livello fondamentale, puoi progettare la luce, " Egli ha detto.
Magaña-Loaiza ha conseguito il dottorato di ricerca. in ottica quantistica sperimentale presso l'Università di Rochester nel 2016 prima di diventare ricercatore associato presso il National Institute of Standards and Technology di Boulder, Colo. È poi entrato a far parte della facoltà alla LSU nell'agosto 2018, dove guida il gruppo sperimentale di fotonica quantistica. Fare entusiasmanti progressi nella metrologia quantistica, il gruppo sta utilizzando sorgenti di fotoni entangled per sviluppare più tecnologie quantistiche. Un articolo recentemente scritto da Magaña-Loaiza con il Dr. You mentre quest'ultimo era ancora uno studente di dottorato, "Metrologia quantistica multifotone senza misurazioni pre e post-selezionate, " compresi i contributi del fisico della LSU Jonathan Dowling e diversi collaboratori, è stato selezionato come vincitore dell'Emil Wolf Outstanding Student Paper Competition questa settimana.
La carta, "Ingegneria dello stato quantistico multifotonico che utilizza misurazioni condizionali, " è disponibile online su Nature's npj Informazioni quantistiche .
