Un grupo de investigación internacional, junto con científicos de la MSU, han desarrollado un método de espectroscopia de resolución temporal que permite estudiar procesos rápidos en muestras. El nuevo método funciona analizando la luz cuantificada transmitida a través de una muestra sin el uso de láseres de femtosegundos y sistemas de detección complejos. Este diseño es mucho más económico que el que se usa actualmente, y permite a los investigadores estudiar una muestra sin destruirla. La investigación ha sido publicada en Informes científicos .

Una de las formas más comunes de investigar las interacciones y los procesos que ocurren en una sustancia es medir el tiempo en el que una muestra responde a los campos electromagnéticos externos que la afectan. Según esta medida, es posible juzgar qué conexiones existen entre los componentes de la sustancia. Como estos tiempos a menudo se miden en femtosegundos (10 ^-15 segundo), los investigadores utilizan láseres de femtosegundos capaces de generar pulsos ultracortos.

El problema es que los láseres de femtosegundos tienen alta potencia, y por lo tanto puede dañar la muestra; en segundo lugar, estos láseres son caros. Para resolver este problema, los investigadores han desarrollado un esquema que permite estudiar muestras con fotones individuales y utilizar láseres ordinarios para producirlos.

La configuración consta de un interferómetro simple que permite medir con precisión la interferencia de la luz. En el circuito ensamblado, un cristal no lineal se encuentra en la trayectoria del láser. Los pares de fotones entrelazados producidos en el cristal vuelan en cierto ángulo. El entrelazamiento cuántico consiste en dos o más partículas separadas cuyas propiedades físicas están tan correlacionadas que el estado cuántico de cada partícula no se puede describir de forma independiente.

"Gracias a este diseño, podemos medir los tiempos de femtosegundos sin un láser de femtosegundos, usando fotones individuales, "explicó el coautor del artículo, estudiante de posgrado en la Facultad de Física de la Universidad Estatal Lomonosov de Moscú, Elizaveta Melik-Gaykazyan.

La muestra de prueba se coloca dentro de un brazo del interferómetro. Un fotón del par entrelazado lo atraviesa y golpea el divisor de haz, donde se encuentra con su contraparte, que ha pasado por el segundo brazo. Después, los fotones caen sobre uno de los dos detectores, que reaccionan a fotones individuales. Eso hace posible construir un circuito de coincidencia, si ambos fotones van al mismo detector, existe coincidencia cero; si van a diferentes detectores, el valor de coincidencia es uno. En el momento en que la demora entre los dos brazos se vuelve absolutamente idéntica, se produce interferencia cuántica:la coincidencia desaparece por completo, ya que los fotones nunca caerán sobre ambos detectores simultáneamente.

Si la muestra se coloca en el camino de los fotones, el patrón de interferencia cuántica comienza a cambiar. En este caso, los pares de fotones entrelazados que llegan al divisor se vuelven menos "idénticos" que en una situación sin una muestra. Debido a esto, las estadísticas de recepción de fotones en los dos detectores cambian, y a través de los cambios estadísticos, Los investigadores pueden juzgar la naturaleza de las interacciones en la sustancia en estudio, por ejemplo, pueden estimar el tiempo de transición del estado excitado al estado no excitado.

Por su trabajo Melik-Gaikazyan construyó una configuración experimental, midió el patrón de interferencia con y sin la muestra de prueba, obtuvo datos experimentales y los analizó. Los investigadores han probado y verificado el método en dos muestras:un granate de aluminio-itrio con neodimio y una matriz de nanopartículas dieléctricas.

"El nuevo método de análisis de sustancias desconocidas se puede utilizar en química, biología, y ciencia de materiales, "Melik-Gaykazyan dijo." Además, puede ser útil al crear una computadora cuántica, y al intentar comprender cómo utilizar la luz cuántica en la tecnología de la información ".