Novas pesquisas tornaram possível, pela primeira vez, comparar as estruturas espaciais e as posições de dois objetos distantes, que podem estar muito distantes um do outro, apenas usando uma fonte de luz térmica simples, muito parecido com uma estrela no céu.

Esta técnica de detecção, apresentado pelo Dr. Vincenzo Tamma da University of Portsmouth em colaboração com a University of Bari na Itália e a University of Maryland, O Condado de Baltimore, nos EUA, na recente publicação em Optics Express , permite a comparação da estrutura espacial de um objeto remoto com um objeto de referência, pavimentando o caminho para importantes aplicações de sensoriamento remoto.

A técnica se baseia no famoso efeito Hanbury Brown e Twiss, originalmente empregado para medir o tamanho angular de uma estrela distante, que deu origem ao novo campo da óptica quântica. A nova pesquisa relatada agora leva a física por trás desse efeito um passo importante adiante.

O Dr. Tamma disse:"Esses resultados não só aprofundam nossa compreensão da física interessante por trás da interferência multifotônica, mas também são de interesse no desenvolvimento de tecnologias quânticas para sensoriamento remoto, imagens biomédicas e processamento de informações. "

O fenômeno de interferência multifotônica no centro desta nova técnica de detecção foi previsto pela primeira vez pelo Dr. Tamma e seu aluno Johannes Seiler em 2014 e relatado como Fast Track Communication no jornal New Journal of Physics . A natureza contra-intuitiva desse fenômeno dificultava sua aceitação por parte da comunidade científica. Apesar disso, já levou a três verificações independentes (aqui, aqui e aqui) em três cenários experimentais diferentes nos EUA, Itália e Coréia do Sul.

Na recente publicação em Relatórios Científicos em colaboração com a Universidade de Bari, esta técnica foi experimentalmente empregada para a caracterização espacial de dois objetos remotos, a saber, duas máscaras de orifício duplo, a distâncias que, em princípio, pode ser arbitrariamente grande.

Na configuração experimental, a luz térmica incide em um divisor de feixe balanceado e, em seguida, atinge as duas máscaras de orifício duplo remoto através dos dois canais de saída do divisor de feixe.

O Dr. Tamma disse:"No experimento relatado aqui, a distância entre os dois furos é grande o suficiente para que não haja coerência entre a luz que passa por eles. O clássico experimento de dupla fenda de Young nos ensina que, neste caso, nenhuma interferência de um único fóton pode ser medida por trás de cada máscara separadamente. Apesar disso, interferência multifotônica é observada realizando medições de correlação com dois detectores, um colocado atrás de cada uma das duas máscaras. Ainda mais interessante, o padrão de interferência medido nos permite recuperar informações sobre a posição e a estrutura espacial de ambas as máscaras.

"Notavelmente, esta técnica de detecção permite a medição, via interferência multifotônica, do encolhimento / alongamento relativo de um objeto em relação ao outro. Além disso, se ambos os detectores forem movidos, simetricamente, mais longe do eixo óptico é ainda possível aumentar a sensibilidade da medição às mudanças nas estruturas espaciais do objeto. Uma análise semelhante pode ser realizada para determinar a posição relativa dos dois objetos diferentes. "

A aplicação desta técnica para detecção de objetos remotos arbitrários pode abrir caminho para um amplo espectro de aplicações em sensoriamento remoto. Além disso, a extensão desse esquema ao uso de fótons emaranhados pode levar a aplicações em metrologia de alta precisão além de qualquer capacidade clássica.

A física das correlações de multipercurso no centro deste efeito já foi demonstrado ser crucial na simulação de portas lógicas quânticas com uma fonte térmica. Isso tem aplicações potencialmente importantes no processamento de informações e no desenvolvimento de novos algoritmos ópticos.