[ad_1]
Międzynarodowy zespół naukowców z Uniwersytetu Leibniza w Hanowerze (Niemcy) i Uniwersytetu Strathclyde w Glasgow (Wielka Brytania) obalił wcześniejsze założenie o wpływie składowych wielofotonowych w efektach interferencji pól termicznych (np. światła słonecznego) i parametrycznych pojedynczych fotonów (generowanych w kryształach nieliniowych). „Eksperymentalnie udowodniliśmy, że efekt interferencji między światłem termicznym a parametrycznymi pojedynczymi fotonami prowadzi również do kwantowej interferencji z polem tła. Z tego powodu tła nie można po prostu zaniedbać i odjąć od obliczeń, jak miało to miejsce do tej pory” – mówi prof. dr Michael Kues, dyrektor Instytutu Fotoniki i członek zarządu PhoenixD Cluster of Excellence na Uniwersytecie Leibniza w Hanowerze.
Wiodącym naukowcem była doktorantka Anahita Khodadad Kashi, która prowadzi badania nad fotonicznym przetwarzaniem informacji kwantowych w Instytucie Fotoniki. Badała ona, w jaki sposób zanieczyszczenie wielofotonowe wpływa na widoczność tak zwanego efektu Hong-Ou-Mandela, kwantowego efektu interferencyjnego. „Dzięki naszemu eksperymentowi obaliliśmy wcześniej obowiązujące założenie, że komponenty wielofotonowe tylko pogorszyłyby widoczność i dlatego można je odjąć w obliczeniach” – mówi Khodadad Kashi i kontynuuje: „Odkryliśmy nową fundamentalną cechę, która nie była brana pod uwagę w poprzednich obliczeniach. Nasz nowo opracowany model może przewidzieć interferencję kwantową i możemy zmierzyć ten efekt w eksperymencie”.
Jak powstaje nowa wiedza
Naukowcy natknęli się na swoje odkrycie podczas przeprowadzania eksperymentu w laboratorium laserowym. Uzyskali negatywny wynik, gdy początkowo postępowali zgodnie z oryginalną metodą obliczeń. „Ale wynik byłby fizycznie niemożliwy” – mówi Khodadad Kashi. Zespół wspólnie zaczął rozwiązywać problemy związane z konfiguracją eksperymentalną i modelem obliczeniowym.
„Kiedy eksperyment okazuje się bardzo różny od oczekiwanego, naukowcy zaczynają kwestionować wcześniejsze założenia i szukać nowych wyjaśnień” – mówi Kues. Wspólnie opracowali nową teorię kwantowej interferencji pól termicznych z parametrycznymi pojedynczymi fotonami. Badaczka kwantowa Lucia Caspani z University of Strathclyde w Glasgow jako pierwsza przetestowała to podejście. W kolejnym kroku Khodadad Kashi zaprezentowała swoją teorię i wyniki eksperymentów na międzynarodowych konferencjach, w tym Photonics West w San Francisco, największej na świecie specjalistycznej konferencji poświęconej optyce i fotonice, przyciągającej około 22 000 uczestników. Tam omówiła swój model z innymi naukowcami i otrzymała potwierdzenie swoich wyników. Badania zespołu zostały opublikowane w czasopiśmie Physical Review Letters.
Dzięki nowej teorii i weryfikacji eksperymentalnej zespół Kuesa wniósł istotny wkład w lepsze zrozumienie zjawisk kwantowych. „Odkrycia te mogą być ważne dla kwantowej dystrybucji kluczy, która jest niezbędna dla bezpiecznej komunikacji w przyszłości, a konkretnie dla tego, jak efekty interferencji kwantowej są interpretowane w celu generowania tajnych kluczy” – mówi Khodadad Kashi. Jednak wiele pytań pozostaje bez odpowiedzi, mówi Kues: „Przeprowadzono niewiele badań nad efektami wielofotonowymi, więc nadal potrzeba wiele pracy”.
Badania były wspierane przez Europejską Radę ds. Badań Naukowych w ramach projektu Starting-Grant-Project QFreC. Prof. dr Michael Kues jest kierownikiem Instytutu Fotoniki i członkiem zarządu klastra doskonałości PhoenixD: Photonics, Optics, and Engineering — Innovation across Disciplines na Uniwersytecie Leibniza w Hanowerze w Niemczech. Klaster badawczy PhoenixD składa się z około 120 naukowców pracujących nad nowatorską zintegrowaną optyką. Niemiecka Fundacja Badawcza (DFG) finansuje PhoenixD kwotą około 52 milionów euro w latach 2019-2025.
[ad_2]