Un equipo de la Facultad de Física, MSU, ha desarrollado un método para crear dos haces de fotones entrelazados para medir el retraso entre ellos. En el futuro, los resultados del estudio podrán utilizarse en mediciones de alta precisión, estudios de materiales, y tecnologías de la información. El artículo fue publicado en Letras de óptica diario.

David Nikolaevich Klyshko, profesor de la Cátedra de Electrónica Cuántica en MSU, descubrió la conversión descendente paramétrica espontánea en 1966 y más tarde fue galardonado con el Premio Estatal junto con sus colegas. Este descubrimiento marcó el comienzo de la óptica cuántica, un área popular de la física que involucra las propiedades cuánticas de la luz. El efecto es bastante simple:un fotón que entra en un cristal se divide en dos fotones con la suma de sus frecuencias igual a la frecuencia del fotón original. Notablemente, este proceso sólo puede observarse en cristales no lineales en los que la frecuencia de los fotones puede cambiar en el curso de la dispersión.

El efecto se ha observado en estudios de los propios cristales, mediciones de eficiencia en detectores sensibles a la luz, y especialmente en óptica cuántica, donde tiene aplicaciones prácticas en campos como la criptografía cuántica, cálculos cuánticos, y teletransportación cuántica. Si se mide la polarización de un fotón, el estado cuántico de polarización del segundo se altera, así como. Cualquier cambio en el primer fotón ocurre inmediatamente en el segundo. Sin embargo, este efecto no se puede utilizar para intercambiar información.

En un experimento reciente, Científicos de la MSU, bajo la guía de la investigadora asociada principal Maria Chekhova, intentaron generar potentes haces de fotones entrelazados. "En este caso, la correlación no es entre fotones individuales, pero todas las vigas, y la pregunta es, ¿Cuál es la precisión de esta correlación? ", dice Pavel Prudkovskii, coautor del trabajo. "Si reducimos la velocidad de un rayo, ¿en qué momento notaríamos la desincronización? "

Para responder a estas preguntas, los científicos tuvieron que crear fotones con diferentes frecuencias para formar dos haces de luz que se mueven juntos en paralelo. Para obtener este efecto, Los cristales de niobato de litio que se utilizan a menudo en tales experimentos tuvieron que cultivarse con una cierta estructura con una red de dominio no periódica adicional calculada previamente.

En el transcurso del experimento, los científicos hicieron que uno de los dos haces de fotones entrelazados se detuviera un poco, y viajar por un camino auxiliar. Luego, ambos rayos alcanzaron el segundo cristal, el niobato de litio habitual. "En este cristal, tuvo lugar la suma de frecuencias. Si los haces llegan sincronizados, es más eficiente que en otros casos, ", dijo Prudkovskii." Como resultado, obtenemos un pico estrecho en la señal de frecuencia de resumen. Su ancho es de 90 femtosegundos (10 ^-15 segundo), y este es nuestro principal logro.

Por lo tanto, los científicos lograron registrar experimentalmente el cambio más pequeño posible entre haces gemelos de fotones entrelazados que pueden ser observados por dispositivos de medición. Según el equipo, es posible reducir aún más este valor, pero para hacerlo, el esquema del experimento sería más complejo. "Ahora, 90 femtosegundos es un valor récord, pero se puede reducir, y sabemos como ", explicó Prudkovskii. Dice que el período de onda de emisión láser es de solo varios femtosegundos, por lo que es posible reducir la duración de dicho retraso a una docena más o menos.

Los resultados del estudio se pueden utilizar para el desarrollo de canales de comunicación cifrados protegidos de interrupciones o escuchas. Si un criminal intenta interceptar un haz de fotones entrelazados, tendrían que detenerlo por un período de tiempo, y se notaría el retraso. Es más, El registro de un retraso en dos haces cuánticos entrelazados puede utilizarse para detectar mezclas menores en sustancias.