Nieuw onderzoek heeft het voor het eerst mogelijk gemaakt om de ruimtelijke structuren en posities van twee verre objecten te vergelijken, die heel ver van elkaar verwijderd kunnen zijn, gewoon door een eenvoudige thermische lichtbron te gebruiken, net als een ster aan de hemel.

Deze detectietechniek, geïntroduceerd door Dr. Vincenzo Tamma aan de Universiteit van Portsmouth in samenwerking met de Universiteit van Bari in Italië en de Universiteit van Maryland, Baltimore County in de VS in de recente publicatie in Optica Express , maakt de vergelijking mogelijk van de ruimtelijke structuur van een object op afstand met een referentieobject, de weg vrijmaakt voor belangrijke teledetectietoepassingen.

De techniek bouwt voort op het beroemde Hanbury Brown en Twiss-effect, oorspronkelijk gebruikt om de hoekgrootte van een verre ster te meten, waaruit het nieuwe veld van de kwantumoptica ontstond. Het gerapporteerde nieuwe onderzoek heeft de fysica achter dit effect nu een belangrijke stap verder gebracht.

Dr. Tamma zei:"Deze resultaten verdiepen niet alleen ons begrip van de interessante fysica achter multifoton-interferentie, maar zijn ook van belang bij de ontwikkeling van kwantumtechnologieën voor teledetectie, biomedische beeldvorming en informatieverwerking."

Het multifoton-interferentiefenomeen in het hart van deze nieuwe detectietechniek werd voor het eerst voorspeld door Dr. Tamma en zijn student Johannes Seiler in 2014 en gerapporteerd als een Fast Track Communication in het tijdschrift Nieuw tijdschrift voor natuurkunde . De contra-intuïtieve aard van dit fenomeen maakte het moeilijk te accepteren door een deel van de wetenschappelijke gemeenschap. Niettemin, het heeft al geleid tot drie onafhankelijke verificaties (hier, hier en hier) in drie verschillende experimentele scenario's in de VS, Italië en Zuid-Korea.

In de recente publicatie in Wetenschappelijke rapporten in samenwerking met de Universiteit van Bari, deze techniek is experimenteel gebruikt voor de ruimtelijke karakterisering van twee verre objecten, namelijk twee dubbele pinhole maskers, op afstanden die in principe, willekeurig groot kan zijn.

In de proefopstelling is thermisch licht valt op een gebalanceerde bundelsplitser en bereikt vervolgens de twee afgelegen maskers met dubbele gaatjes via de twee uitgangskanalen van de bundelsplitser.

Dr. Tamma zei:"In het hier gerapporteerde experiment, de afstand tussen de twee gaatjes is groot genoeg dat er geen samenhang is tussen het licht dat er doorheen gaat. Het klassieke Young's double-slit experiment leert ons dat in dit geval geen enkelfotoninterferentie achter elk masker afzonderlijk kan worden gemeten. Niettemin, multifoton-interferentie wordt waargenomen door correlatiemetingen uit te voeren met twee detectoren, één geplaatst achter elk van de twee maskers. Nog interessanter, het gemeten interferentiepatroon stelt ons in staat om informatie op te halen over de positie en ruimtelijke structuur van beide maskers.

"Opmerkelijk, deze meettechniek maakt de meting mogelijk, via multifoton-interferentie, van het relatieve krimpen/uitrekken van het ene object ten opzichte van het andere. Verder, als beide detectoren worden verplaatst, symmetrisch, verder weg van de optische as is het zelfs mogelijk om de meetgevoeligheid voor de veranderingen in de ruimtelijke structuren van het object te vergroten. Vergelijkbare analyse kan worden uitgevoerd om de relatieve positie van de twee verschillende objecten te bepalen."

De toepassing van deze techniek op het detecteren van willekeurige objecten op afstand zou de weg kunnen effenen voor een breed spectrum aan toepassingen op het gebied van teledetectie. Verder, de uitbreiding van dit schema tot het gebruik van verstrengelde fotonen kan leiden tot toepassingen in zeer nauwkeurige metrologie die alle klassieke mogelijkheden te boven gaan.

Het is al aangetoond dat de fysica van multipath-correlaties die de kern vormen van dit effect cruciaal zijn bij de simulatie van kwantumlogische poorten met een thermische bron. Dit heeft potentieel belangrijke toepassingen in informatieverwerking en de ontwikkeling van nieuwe optische algoritmen.