È un altro passo verso lo sviluppo di applicazioni di elaborazione delle informazioni quantistiche:un esperimento chiave è riuscito a superare i limiti precedentemente definiti per le applicazioni di fotoni. Anahita Khodadad Kashi e il Prof. Dr. Michael Kues dell'Istituto di Fotonica e del Cluster of Excellence PhoenixD dell'Università Leibniz di Hannover (Germania) hanno dimostrato un nuovo effetto di interferenza. Gli scienziati hanno così dimostrato che è possibile intercettare nuove reti fotoniche codificate a colori, e il numero di fotoni coinvolti può essere scalato. "Questa scoperta potrebbe consentire nuovi parametri di riferimento nella comunicazione quantistica, operazioni computazionali di computer quantistici e tecniche di misurazione quantistica ed è fattibile con l'infrastruttura di telecomunicazione ottica esistente, " dice Kues.

L'esperimento decisivo è stato eseguito con successo nel nuovo laboratorio di fotonica quantistica (QPL) dell'Istituto di fotonica e nel Centro per le tecnologie ottiche di Hannover presso l'Università Leibniz di Hannover. Anahita Khodadad Kashi è riuscita a interferire meccanicamente con fotoni puri generati in modo indipendente con colori diversi, cioè., frequenze. Khodadad Kashi ha rilevato un cosiddetto effetto Hong-Ou-Mandel.

L'interferenza di Hong-Ou-Mandel è un effetto fondamentale dell'ottica quantistica che costituisce la base per molte applicazioni di elaborazione delle informazioni quantistiche, dall'informatica quantistica alla metrologia quantistica. L'effetto descrive come si comportano due fotoni quando si scontrano su un divisore di fascio spaziale e spiega il fenomeno dell'interferenza della meccanica quantistica.

I ricercatori hanno ora realizzato un divisore di frequenze utilizzando componenti per telecomunicazioni e dimostrano per la prima volta l'effetto Hong-Ou-Mandel tra due fotoni generati indipendentemente nel dominio della frequenza. A differenza di altre dimensioni, come la polarizzazione (piano di oscillazione del campo elettrico) o la posizione del fotone (localizzazione spaziale), la frequenza è molto meno suscettibile alle interferenze. "Il nostro approccio consente una configurabilità flessibile e l'accesso a sistemi ad alta dimensionalità, che potrebbe portare a sistemi quantistici controllabili su larga scala in futuro, " dice Kues. Questo fenomeno di interferenza a due fotoni può servire come base per un Internet quantistico, comunicazione non classica e computer quantistici. In altre parole, i risultati potrebbero essere utilizzati per reti quantistiche basate sulla frequenza. Un'altra caratteristica degna di nota della nuova scoperta è che questo aumento delle prestazioni potrebbe essere utilizzato con l'infrastruttura esistente, ovvero connessioni standard in fibra ottica per la connessione a internet. L'uso delle tecnologie quantistiche a casa potrebbe quindi essere teoricamente reso possibile in futuro.

"Sono stato molto contento che il nostro esperimento sia stato in grado di dimostrare l'effetto Hong-Ou-Mandel nel dominio della frequenza, " afferma Khodadad Kashi. La ricercatrice si è trasferita ad Hannover nel 2019 dopo aver completato il master in ingegneria elettrica, concentrandosi sulla fotonica presso l'Iran University of Science and Technology di Teheran. Da allora, ha rafforzato il team di sette persone del Prof. Kues. Kues è professore alla Leibniz University di Hannover dalla primavera del 2019 e sta ricercando lo sviluppo di tecnologie quantistiche fotoniche utilizzando micro e nanofotonica nel Cluster of Excellence PhoenixD. Nel futuro, Kashi e Kues continueranno le loro ricerche sul tema dell'interferenza spettrale di Hong-Ou-Mandel. "Vorrei estendere l'esperimento in corso per sfruttare l'effetto dimostrato per l'elaborazione delle informazioni quantistiche, "dice Khodadad Kashi.