Kilde : https://phys.org/news/2023-08-visualizi ... otons.html
Biphoton state holografisk rekonstruksjon.
Bilderekonstruksjon. a, Tilfeldighetsbilde av interferens mellom en referanse SPDC-tilstand og en tilstand oppnådd av en pumpestråle med formen av et Ying- og Yang-symbol (vist i innlegget). Den innfelte skalaen er den samme som i hovedplottet. b, Rekonstruert amplitude og fasestruktur av bildet påtrykt den ukjente pumpen. Kreditt: Nature Photonics (2023). DOI: 10.1038/s41566-023-01272-3
Forskere ved University of Ottawa, i samarbeid med Danilo Zia og Fabio Sciarrino fra Sapienza University of Roma, demonstrerte nylig en ny teknikk som tillater visualisering av bølgefunksjonen til to sammenfiltrede fotoner, elementærpartiklene som utgjør lys, i virkelig tid.
Kommentar, hvor Asbjørn skrev: Noen som drar kjensel på denne figuren ?
Den er eldgammel, og jeg må påpeke at det er en utrolig sammenheng i likheten i mellom eldgammel kunnskap og nye målemetoder !
Hva annet av eldgammel kunnskap vil vi gjenoppdage nå ??
Asbjørn
Ved å bruke analogien til et par sko, kan begrepet sammenfiltring sammenlignes med å velge en sko tilfeldig. I det øyeblikket du identifiserer en sko, blir den andres natur (enten det er venstre eller høyre sko) umiddelbart oppdaget, uavhengig av dens plassering i universet. Den spennende faktoren er imidlertid den iboende usikkerheten knyttet til identifiseringsprosessen frem til det nøyaktige observasjonsøyeblikket.
Bølgefunksjonen , en sentral grunnsetning i kvantemekanikk , gir en omfattende forståelse av en partikkels kvantetilstand . For eksempel, i skoeksemplet, kan "bølgefunksjonen" til skoen inneholde informasjon som venstre eller høyre, størrelsen, fargen og så videre.
Mer presist gjør bølgefunksjonen det mulig for kvanteforskere å forutsi de sannsynlige utfallene av ulike målinger på en kvanteenhet, for eksempel posisjon, hastighet, etc.
Denne prediksjonsevnen er uvurderlig, spesielt i det raskt utviklende feltet av kvanteteknologi, der det å kjenne til en kvantetilstand som genereres eller input i en kvantedatamaskin vil tillate å teste selve datamaskinen. Dessuten er kvantetilstander som brukes i kvanteberegning ekstremt komplekse, og involverer mange enheter som kan vise sterke ikke-lokale korrelasjoner (sammenfiltring).
Å kjenne bølgefunksjonen til et slikt kvantesystem er en utfordrende oppgave - dette er også kjent som kvantetilstandstomografi eller kvantetomografi kort sagt. Med standardtilnærmingene (basert på de såkalte projektive operasjonene) krever en full tomografi et stort antall målinger som raskt øker med systemets kompleksitet (dimensjonalitet).
Tidligere eksperimenter utført med denne tilnærmingen av forskergruppen viste at karakterisering eller måling av den høydimensjonale kvantetilstanden til to sammenfiltrede fotoner kan ta timer eller til og med dager. Dessuten er resultatets kvalitet svært følsom for støy og avhenger av kompleksiteten til det eksperimentelle oppsettet.
Den projektive målemetoden til kvantetomografi kan tenkes å se på skyggene til et høydimensjonalt objekt projisert på forskjellige vegger fra uavhengige retninger. Alt en forsker kan se er skyggene, og fra dem kan de utlede formen (tilstanden) til hele objektet. For eksempel, i CT-skanning (computertomografiskanning), kan informasjonen til et 3D-objekt dermed rekonstrueres fra et sett med 2D-bilder.
I klassisk optikk er det imidlertid en annen måte å rekonstruere et 3D-objekt på. Dette kalles digital holografi, og er basert på opptak av et enkelt bilde , kalt interferogram, oppnådd ved å forstyrre lyset spredt av objektet med et referanselys.
Teamet, ledet av Ebrahim Karimi, Canada Research Chair in Structured Quantum Waves, meddirektør for uOttawa Nexus for Quantum Technologies (NexQT) forskningsinstitutt og førsteamanuensis ved Det naturvitenskapelige fakultet, utvidet dette konseptet til å gjelde to fotoner.
Å rekonstruere en bifotontilstand krever å legge den sammen med en antagelig velkjent kvantetilstand, og deretter analysere den romlige fordelingen av posisjonene der to fotoner ankommer samtidig. Å avbilde den samtidige ankomsten av to fotoner er kjent som et tilfeldighetsbilde. Disse fotonene kan komme fra referansekilden eller den ukjente kilden. Kvantemekanikk sier at kilden til fotonene ikke kan identifiseres.
Dette resulterer i et interferensmønster som kan brukes til å rekonstruere den ukjente bølgefunksjonen. Dette eksperimentet ble muliggjort av et avansert kamera som registrerer hendelser med nanosekunders oppløsning på hver piksel.
Dr. Alessio D'Errico, en postdoktor ved University of Ottawa og en av medforfatterne av artikkelen, fremhevet de enorme fordelene med denne innovative tilnærmingen: "Denne metoden er eksponentielt raskere enn tidligere teknikker, og krever bare minutter eller sekunder i stedet for dager. Det er viktig at deteksjonstiden ikke påvirkes av systemets kompleksitet – en løsning på den langvarige skalerbarhetsutfordringen i projektiv tomografi."
Effekten av denne forskningen går utover bare det akademiske samfunnet. Den har potensial til å akselerere kvanteteknologiske fremskritt, for eksempel forbedring av kvantetilstandskarakterisering, kvantekommunikasjon og utvikling av nye kvanteavbildningsteknikker.
Studien "Interferometric imaging of amplitude and phase of spatial biphoton states" ble publisert i Nature Photonics .
Mer informasjon: Danilo Zia et al, Interferometrisk avbildning av amplitude og fase av romlige bifotontilstander, Nature Photonics (2023). DOI: 10.1038/s41566-023-01272-3
Journalinformasjon: Nature Photonics
