Door wat kwantumtovenarij te weven, A*STAR-onderzoekers hebben iets bereikt dat een contradictio in terminis lijkt te zijn:zichtbaar licht gebruiken om spectroscopie uit te voeren op infrarode golflengten. Nog mysterieuzer is dat het zichtbare licht niet eens door het te meten monster gaat.

Infraroodspectroscopie wordt veel gebruikt door chemici om chemicaliën te identificeren aan de hand van hun unieke 'vingerafdrukken' in het infraroodgebied. Echter, infrarood lichtbronnen, elementen en detectoren hebben de neiging om inferieure prestaties te leveren en zijn duurder dan hun tegenhangers met zichtbaar licht.

Nutsvoorzieningen, Dmitry Kalashnikov van het A*STAR Data Storage Institute en zijn collega's hebben een manier gevonden om dit probleem op te lossen en het beste van twee werelden te realiseren:zichtbaar licht gebruiken om metingen in het infraroodgebied uit te voeren.

Ze bereikten dit door gebruik te maken van een kwantumeffect dat bekend staat als verstrengeling. Bij dit fenomeen twee kwantumdeeltjes (in dit geval lichtdeeltjes bekend als fotonen) zijn zo nauw met elkaar verbonden dat het veranderen van de kwantumtoestand van het ene deeltje tegelijkertijd de toestand van het andere deeltje verandert, zelfs wanneer de twee deeltjes in de ruimte worden gescheiden. Dit is de "spookachtige actie op afstand" waar Einstein beroemd om was.

Kalashnikov en zijn team gebruikten een speciaal kristal om een ​​paar verstrengelde fotonen te maken, een zichtbare en een infrarood (zie afbeelding). Het infraroodfoton ging door een monster, terwijl de optische dat niet deed. De twee fotonen kruisten elkaar vervolgens bij een tweede kristal en het zichtbare foton werd gedetecteerd. Aangezien alle veranderingen die het monster in het infraroodfoton veroorzaakte, werden weerspiegeld in het zichtbare foton, het team kon informatie over de infraroodeigenschappen van het monster afleiden door alleen het zichtbare foton te meten.

De onderzoekers toonden het potentieel van deze techniek aan door ermee de aanwezigheid en concentratie van koolstofdioxide in luchtmonsters te meten.

"We zijn ervan overtuigd dat deze methode een breed scala aan praktische toepassingen zal vinden, bijvoorbeeld in milieumonitoring en gezondheidsdiagnostiek, ' zegt Kalasjnikov.

"Deze studie toont aan dat kwantumoptica het domein van de puur fundamentele wetenschap verlaat, " voegt hij eraan toe. "We zien een toename van praktische toepassingen op verschillende gebieden, inclusief cryptografie, metrologie, beeldvorming en waarneming. Ons werk is een ander voorbeeld van deze trend."

Het team is van plan de techniek uit te breiden naar langere golflengten in het terahertz- en ver-infraroodbereik. Ze overwegen ook om het systeem op één platform te integreren, wat de uitvoering gemakkelijker zou maken.