Los científicos del Instituto de Computación Cuántica (IQC) de la Universidad de Waterloo han capturado las primeras imágenes de fotones ultrarrápidos entrelazados energía-tiempo. La nueva técnica tendrá aplicaciones directas para protocolos de comunicación y criptografía cuántica, incluida la posibilidad de establecer canales de comunicación de alta seguridad a largas distancias.

"Esta técnica nos permitirá explorar todo tipo de efectos cuánticos que eran inaccesibles porque los detectores eran simplemente demasiado lentos". "dijo Jean-Philippe MacLean, autor principal del estudio y candidato a doctorado en el Departamento de Física y Astronomía de la Facultad de Ciencias.

Para capturar uno de los eventos cuánticos más cortos posibles, los investigadores utilizaron una técnica conocida como compuerta óptica. Similar a la forma en que Harold Edgerton usó luces estroboscópicas de alta velocidad para capturar algunas de las imágenes más icónicas del siglo XX, el dispositivo utiliza pulsos cortos de luz para obtener imágenes de los fotones en el tiempo. Esta técnica permitió a los investigadores superar las limitaciones de los detectores actuales y medir pares de fotones entrelazados con una resolución inferior a una billonésima de segundo.

"En los últimos 10 a 20 años, Los investigadores han estado interesados ​​en explorar y explotar el entrelazamiento energía-tiempo para la comunicación, ", dijo MacLean." Al poder medir fotones entrelazados ultrarrápidos, nuestra técnica de medición abre la puerta a la explotación del entrelazamiento en un régimen completamente nuevo ".

El entrelazamiento de energía-tiempo es una característica de la luz cuántica. Ocurre cuando un par de fotones están fuertemente correlacionados tanto en su frecuencia como en su tiempo de llegada. Los científicos han estado interesados ​​en explotar el entrelazamiento de energía y tiempo para obtener información cuántica, pero hasta ahora carecían de la resolución tanto en energía como en tiempo para observarlo directamente.

El nuevo aparato trae al mundo cuántico una herramienta en la que se confía con frecuencia en la investigación de la óptica clásica. En óptica clásica, La capacidad de medir con precisión las características de energía y tiempo de la luz en escalas de tiempo ultrarrápidas ha sido fundamental para las innovaciones en la física y la espectroscopía láser.

"Ultrarrápido y cuántico representan dos fronteras de la ciencia óptica, "dijo Kevin Resch, director ejecutivo interino del IQC y profesor del Departamento de Física y Astronomía de la Facultad de Ciencias. "Llevar técnicas de una de estas áreas a la otra abre posibilidades emocionantes".

El artículo se publica en Cartas de revisión física .