Wetenschappers van de Universiteit van Paderborn hebben een nieuwe methode gebruikt om de kenmerken van optische kwantumtoestanden te bepalen. Voor het eerst gebruiken ze bepaalde fotondetectoren – apparaten die individuele lichtdeeltjes kunnen detecteren – voor zogenaamde homodyne detectie.

Het vermogen om optische kwantumtoestanden te karakteriseren maakt de methode tot een essentieel hulpmiddel voor de verwerking van kwantuminformatie. Precieze kennis van de eigenschappen is bijvoorbeeld van belang voor gebruik in quantumcomputers. De resultaten zijn nu gepubliceerd in Optica Quantum.

"Homodyne detectie is een methode die vaak wordt gebruikt in de kwantumoptica om de golfachtige aard van optische kwantumtoestanden te onderzoeken", legt Timon Schapeler van de Paderborn-werkgroep "Mesoscopic Quantum Optics" van het Departement Natuurkunde uit.

Samen met Dr. Maximilian Protte heeft hij de methode gebruikt om de zogenaamde continue variabelen van optische kwantumtoestanden te onderzoeken. Het gaat hierbij om de variabele eigenschappen van lichtgolven. Dit kan bijvoorbeeld de amplitude of fase zijn, d.w.z. het oscillatiegedrag van golven, die onder meer van belang zijn voor de gerichte manipulatie van licht.

Voor de eerste keer hebben de natuurkundigen voor de metingen supergeleidende nanodraad-single-photon-detectoren (SNSPD's) gebruikt – momenteel de snelste apparaten voor het tellen van fotonen. Met hun speciale experimentele opstelling hebben de twee wetenschappers aangetoond dat een homodyne-detector met SNSPD's een lineaire respons heeft op de ingevoerde fotonenflux. Vertaald betekent dit dat het gemeten signaal evenredig is aan het ingangssignaal.

“In principe brengt de integratie van supergeleidende single-photon detectoren veel voordelen met zich mee op het gebied van continue variabelen, niet in de laatste plaats de intrinsieke fasestabiliteit. Deze systemen hebben bovendien een bijna 100% on-chip detectie-efficiëntie. Dit betekent dat er geen deeltjes verloren gaan tijdens Onze resultaten kunnen de ontwikkeling mogelijk maken van zeer efficiënte homodyne-detectoren met detectoren die gevoelig zijn voor één foton", zegt Schapeler.

Het werken met continue variabelen van licht opent nieuwe en opwindende mogelijkheden in de verwerking van kwantuminformatie die verder gaan dan qubits, de gebruikelijke rekeneenheden van kwantumcomputers.

Meer informatie: Maximilian Protte et al, Gebalanceerde homodyne-detectie met weinig ruis met supergeleidende nanodraad-enkel-fotondetectoren, Optica Quantum (2023). DOI:10.1364/OPTICAQ.502201

Aangeboden door Universität Paderborn