Een internationaal team van onderzoekers van de Leibniz Universiteit Hannover (Duitsland) en de Universiteit van Strathclyde in Glasgow (Verenigd Koninkrijk) heeft een eerder aangenomen aanname over de impact van multifotoncomponenten op interferentie-effecten van thermische velden (bijvoorbeeld zonlicht) en parametrische afzonderlijke fotonen weerlegd. (gegenereerd in niet-lineaire kristallen). Het tijdschrift Physical Review Letters heeft het onderzoek van het team gepubliceerd.

"We hebben experimenteel bewezen dat het interferentie-effect tussen thermisch licht en parametrische afzonderlijke fotonen ook leidt tot kwantuminterferentie met het achtergrondveld. Om deze reden kan de achtergrond niet zomaar worden verwaarloosd en afgetrokken van berekeningen, zoals tot nu toe het geval is geweest", zegt hij. zegt prof. dr. Michael Kues, hoofd van het Institute of Photonics en lid van de raad van bestuur van de PhoenixD Cluster of Excellence aan de Leibniz Universiteit Hannover.

De leidende wetenschapper was Ph.D. student Anahita Khodadad Kashi, die onderzoek doet naar fotonische kwantuminformatieverwerking aan het Institute of Photonics. Ze onderzocht hoe de zichtbaarheid van het zogenaamde Hong-Ou-Mandeleffect, een kwantuminterferentie-effect, wordt beïnvloed door multifotonbesmetting.

"Met ons experiment hebben we de eerder geldige aanname weerlegd dat multifotoncomponenten de zichtbaarheid alleen maar zouden schaden en daarom in de berekening kunnen worden afgetrokken", zegt Khodadad Kashi. "We hebben een nieuw fundamenteel kenmerk ontdekt waar bij eerdere berekeningen geen rekening mee was gehouden. Ons nieuw ontwikkelde model kan de kwantuminterferentie voorspellen en we kunnen dit effect in een experiment meten."

Hoe nieuwe kennis ontstaat

De wetenschappers kwamen hun ontdekking tegen tijdens een experiment in het laserlaboratorium. Ze behaalden een negatief resultaat toen ze aanvankelijk de oorspronkelijke berekeningsmethode volgden. "Maar het resultaat zou fysiek onmogelijk zijn geweest", zegt Khodadad Kashi. Samen begon het team met het oplossen van problemen met de experimentele opstelling en het rekenmodel.

"Wanneer een experiment heel anders uitpakt dan verwacht, beginnen wetenschappers eerdere aannames in twijfel te trekken en op zoek te gaan naar nieuwe verklaringen", zegt Kues.

Ze ontwikkelden gezamenlijk hun nieuwe theorie van kwantuminterferentie van thermische velden met parametrische enkele fotonen. Kwantumonderzoeker Lucia Caspani van de Universiteit van Strathclyde in Glasgow was de eerste die de aanpak testte. Als volgende stap presenteerde Khodadad Kashi haar theorie en de experimentele resultaten op internationale conferenties, waaronder Photonics West in San Francisco. Daar besprak ze haar model met andere wetenschappers en kreeg bevestiging van haar resultaten.

Met de nieuwe theorie en de experimentele verificatie heeft het team van Kues een belangrijke bijdrage geleverd aan een beter begrip van kwantumfenomenen. "De bevindingen kunnen belangrijk zijn voor de verspreiding van kwantumsleutels, wat nodig is voor veilige communicatie in de toekomst, met name hoe kwantuminterferentie-effecten worden geïnterpreteerd voor het genereren van geheime sleutels", zegt Khodadad Kashi.

Veel vragen blijven echter onbeantwoord, zegt Kues. "Er is weinig onderzoek gedaan naar multifotoneffecten, dus er is nog veel werk nodig."

Meer informatie: Anahita Khodadad Kashi et al, Spectraal Hong-Ou-Mandel-effect tussen een aangekondigde toestand van één foton en een thermisch veld:multifotonverontreiniging en de niet-classicaliteitsdrempel, Physical Review Letters (2023). DOI:10.1103/PhysRevLett.131.233601

Journaalinformatie: Fysieke beoordelingsbrieven

Aangeboden door Leibniz Universiteit Hannover