Un team internazionale di ricercatori dell'Università Leibniz di Hannover (Germania) e dell'Università di Strathclyde a Glasgow (Regno Unito) ha smentito un'ipotesi precedentemente sostenuta sull'impatto dei componenti multifotonici negli effetti di interferenza dei campi termici (ad esempio, la luce solare) e dei singoli fotoni parametrici (generato in cristalli non lineari). La rivista Physical Review Letters ha pubblicato la ricerca del team.
"Abbiamo dimostrato sperimentalmente che l'effetto di interferenza tra la luce termica e i singoli fotoni parametrici porta anche ad un'interferenza quantistica con il campo di fondo. Per questo motivo, il fondo non può essere semplicemente trascurato e sottratto dai calcoli, come è avvenuto finora." afferma il Prof. Dr. Michael Kues, direttore dell'Istituto di fotonica e membro del consiglio di amministrazione del PhoenixD Cluster of Excellence presso l'Università Leibniz di Hannover.
Lo scienziato principale era Ph.D. la studentessa Anahita Khodadad Kashi, che svolge ricerche sull'elaborazione dell'informazione quantistica fotonica presso l'Istituto di fotonica. Ha studiato come la visibilità del cosiddetto effetto Hong-Ou-Mandel, un effetto di interferenza quantistica, è influenzata dalla contaminazione multifotonica.
"Con il nostro esperimento abbiamo smentito l'ipotesi precedentemente valida secondo cui i componenti multifotonici avrebbero solo compromesso la visibilità e potrebbero quindi essere sottratti dal calcolo", afferma Khodadad Kashi. "Abbiamo scoperto una nuova caratteristica fondamentale che non era stata considerata nei calcoli precedenti. Il nostro modello appena sviluppato può prevedere l'interferenza quantistica e possiamo misurare questo effetto in un esperimento."
Gli scienziati sono arrivati alla scoperta durante un esperimento nel laboratorio laser. Hanno ottenuto un risultato negativo quando hanno inizialmente seguito il metodo di calcolo originale. "Ma il risultato sarebbe stato fisicamente impossibile", dice Khodadad Kashi. Insieme, il team ha iniziato a risolvere i problemi relativi alla configurazione sperimentale e al modello di calcolo.
"Quando un esperimento risulta molto diverso da quanto previsto, gli scienziati iniziano a mettere in discussione le ipotesi precedenti e cercano nuove spiegazioni", afferma Kues.
Hanno sviluppato congiuntamente la loro nuova teoria dell'interferenza quantistica dei campi termici con singoli fotoni parametrici. La ricercatrice quantistica Lucia Caspani dell’Università di Strathclyde a Glasgow è stata la prima a testare l’approccio. Come passo successivo, Khodadad Kashi ha presentato la sua teoria e i risultati sperimentali a conferenze internazionali, tra cui Photonics West a San Francisco. Lì ha discusso il suo modello con altri scienziati e ha ricevuto conferma dei suoi risultati.
Con la nuova teoria e la verifica sperimentale, il team di Kues ha dato un contributo importante per una migliore comprensione dei fenomeni quantistici. "I risultati potrebbero essere importanti per la distribuzione delle chiavi quantistiche, necessaria per le comunicazioni sicure del futuro, in particolare per il modo in cui vengono interpretati gli effetti dell'interferenza quantistica per la generazione di chiavi segrete", afferma Khodadad Kashi.
Tuttavia, molte domande rimangono senza risposta, afferma Kues. "Sono state fatte poche ricerche sugli effetti multifotonici, quindi c'è ancora molto lavoro da fare."
Ulteriori informazioni: Anahita Khodadad Kashi et al, Effetto spettrale Hong-Ou-Mandel tra uno stato annunciato a fotone singolo e un campo termico:contaminazione multifotone e soglia di nonclassicità, Lettere di revisione fisica (2023). DOI:10.1103/PhysRevLett.131.233601
Informazioni sul giornale: Lettere di revisione fisica
Fornito dall'Università Leibniz di Hannover
