Een team van de Faculteit Natuurkunde, MSU, heeft een methode ontwikkeld om twee bundels verstrengelde fotonen te creëren om de vertraging tussen hen te meten. In de toekomst kunnen de resultaten van het onderzoek worden gebruikt in zeer nauwkeurige metingen, materiaalstudies, en informatietechnologieën. Het artikel is gepubliceerd in Optica Letters logboek.

David Nikolajevitsj Klyshko, hoogleraar van de leerstoel Quantum Electronics aan de MSU, ontdekte in 1966 spontane parametrische downconversie en ontving later samen met zijn collega's de Staatsprijs. Deze ontdekking markeerde het begin van de kwantumoptica, een populair gebied van de natuurkunde met betrekking tot kwantumeigenschappen van licht. Het effect is vrij eenvoudig:een foton dat een kristal binnengaat, wordt verdeeld in twee fotonen waarvan de som van hun frequenties gelijk is aan de frequentie van het oorspronkelijke foton. Opmerkelijk, dit proces kan alleen worden waargenomen in niet-lineaire kristallen waarin de frequentie van fotonen tijdens de verstrooiing kan veranderen.

Het effect is waargenomen in studies van de kristallen zelf, efficiëntiemetingen in lichtgevoelige detectoren, en vooral in kwantumoptica, waar het praktische toepassingen heeft op gebieden als kwantumcryptografie, kwantumberekeningen, en kwantumteleportatie. Als de polarisatie van één foton wordt gemeten, de kwantumtoestand van polarisatie van de tweede is veranderd, ook. Eventuele veranderingen in het eerste foton treden onmiddellijk op in het tweede. Echter, dit effect kan niet worden gebruikt om informatie uit te wisselen.

In een recent experiment is MSU-gebaseerde wetenschappers onder leiding van vooraanstaande onderzoeksmedewerker Maria Chekhova probeerden krachtige bundels van verstrengelde fotonen te genereren. "In dit geval, de correlatie is niet tussen individuele fotonen, maar de hele balken, en de vraag is, wat is de precisie van deze correlatie?" zegt Pavel Prudkovskii, een co-auteur van het werk. "Als we één straal vertragen, op welk moment zouden we de desynchronisatie opmerken?"

Om deze vragen te beantwoorden moesten de wetenschappers fotonen maken met verschillende frequenties om twee lichtstralen te vormen die parallel naast elkaar bewegen. Om dit effect te verkrijgen, lithiumniobaatkristallen die vaak in dergelijke experimenten worden gebruikt, moesten met een bepaalde structuur worden gekweekt met een vooraf berekend extra niet-periodiek domeinrooster.

In de loop van het experiment, de wetenschappers zorgden ervoor dat een van de twee verstrengelde fotonenbundels een beetje stopte, en reis langs een hulppad. Vervolgens, beide bundels bereikten het tweede kristal - het gebruikelijke lithiumniobaat. "In dit kristal, de optelling van frequenties heeft plaatsgevonden. Als de stralen synchroon aankomen, het is efficiënter dan in andere gevallen, ", zei Prudkovskii. "Als gevolg daarvan, we krijgen een smalle piek in het samenvattende frequentiesignaal. De breedte ervan is 90 femtoseconden (10 ^-15 seconden), en dit is onze belangrijkste prestatie.

Dus, de wetenschappers slaagden erin om experimenteel de kleinst mogelijke verschuiving te registreren tussen tweelingbundels van verstrengelde fotonen die kunnen worden waargenomen door meetapparatuur. Volgens de ploeg het is mogelijk om deze waarde verder te verlagen, maar om dat te doen, het schema van het experiment zou complexer zijn. "Direct, 90 femtoseconden is een recordwaarde, maar het kan worden verminderd, en wij weten hoe, " legde Prudkovskii uit. Hij zegt dat de golfperiode van laseremissie slechts enkele femtoseconden is, dus het is mogelijk om de lengte van zo'n vertraging terug te brengen tot een tiental.

De resultaten van het onderzoek kunnen worden gebruikt voor de ontwikkeling van gecodeerde communicatiekanalen die zijn beschermd tegen onderbrekingen of afluisteren. Als een crimineel een bundel verstrengelde fotonen probeert te onderscheppen, ze zouden het een tijdje moeten stilleggen, en de vertraging zou worden opgemerkt. Bovendien, de registratie van een vertraging in twee kwantumverstrengelde bundels kan worden gebruikt om kleine bijmengingen in stoffen op te sporen.