Wetenschappers van het Institute for Quantum Computing (IQC) van de Universiteit van Waterloo hebben de eerste beelden vastgelegd van ultrasnelle fotonen die energie-tijd verstrengeld zijn. De nieuwe techniek zal directe toepassingen hebben voor kwantumcryptografie en communicatieprotocollen, inclusief de mogelijkheid voor het opzetten van zeer veilige communicatiekanalen over lange afstanden.

"Met deze techniek kunnen we allerlei kwantumeffecten onderzoeken die ontoegankelijk waren omdat de detectoren gewoon te traag waren, " zei Jean-Philippe MacLean, hoofdauteur van de studie en een promovendus bij de afdeling Natuur- en Sterrenkunde van de Faculteit Wetenschappen.

Om een ​​van de kortst mogelijke kwantumgebeurtenissen vast te leggen, de onderzoekers gebruikten een techniek die bekend staat als optische gating. Net zoals Harold Edgerton high-speed stroboscooplampen gebruikte om enkele van de meest iconische beelden van de 20e eeuw vast te leggen, het apparaat gebruikt korte lichtpulsen om de fotonen op tijd in beeld te brengen. Met deze techniek konden de onderzoekers de beperkingen van huidige detectoren overstijgen en verstrengelde fotonenparen meten met een resolutie van minder dan een biljoenste van een seconde.

"In de afgelopen 10 tot 20 jaar onderzoekers zijn geïnteresseerd in het verkennen en exploiteren van energie-tijdverstrengeling voor communicatie, "zei MacLean. "Door ultrasnelle verstrengelde fotonen te kunnen meten, onze meettechniek opent de deur naar het benutten van verstrikking in een geheel nieuw regime."

Energie-tijd verstrengeling is een kenmerk van kwantumlicht. Het treedt op wanneer een paar fotonen sterk gecorreleerd is in zowel hun frequentie als hun aankomsttijd. Wetenschappers zijn geïnteresseerd in het benutten van energie-tijdverstrengeling voor kwantuminformatie, maar tot nu toe, ze misten de resolutie in zowel energie als tijd om het direct te observeren.

Het nieuwe apparaat brengt een hulpmiddel dat vaak wordt gebruikt in klassiek optica-onderzoek naar de kwantumwereld. Bij klassieke optica het vermogen om zowel de energie- als de tijdkenmerken van licht nauwkeurig te meten op ultrasnelle tijdschalen is van cruciaal belang geweest voor innovaties in laserfysica en spectroscopie.

"Ultrasnel en kwantum vertegenwoordigen twee grenzen van optische wetenschap, " zei Kevin Resch, interim uitvoerend directeur bij IQC en hoogleraar bij de afdeling Natuur- en Sterrenkunde aan de Faculteit der Natuurwetenschappen. "Door technieken van het ene naar het andere te brengen, ontstaan ​​er spannende mogelijkheden."

De krant is gepubliceerd in Fysieke beoordelingsbrieven .