Um grupo de pesquisa internacional, junto com cientistas da MSU, desenvolveram um método de espectroscopia resolvido no tempo que permite estudar processos rápidos em amostras. O novo método funciona analisando a luz quantizada transmitida através de uma amostra sem o uso de lasers de femtossegundos e sistemas de detecção complexos. Este design é muito mais barato do que o usado atualmente, e permite que os pesquisadores estudem uma amostra sem destruí-la. A pesquisa foi publicada em Relatórios Científicos .

Uma das maneiras mais comuns de investigar interações e processos que ocorrem em uma substância é medir o tempo em que uma amostra responde a campos eletromagnéticos externos que a afetam. De acordo com esta medida, é possível julgar quais conexões existem entre os componentes da substância. Como esses tempos são frequentemente medidos em femtossegundos (10 ^-15 seg), os pesquisadores usam lasers de femtossegundo capazes de gerar pulsos ultracurtos.

O problema é que os lasers de femtosegundo têm alta potência, e, portanto, pode danificar a amostra; em segundo lugar, esses lasers são caros. Para resolver este problema, os pesquisadores desenvolveram um esquema que permite estudar amostras com fótons únicos e usar lasers comuns para produzi-las.

A configuração consiste em um interferômetro simples que permite medir com precisão a interferência da luz. No circuito montado, um cristal não linear está localizado no caminho do laser. Pares de fótons emaranhados produzidos no cristal voam em um determinado ângulo. O emaranhamento quântico consiste em duas ou mais partículas separadas cujas propriedades físicas são tão correlacionadas que o estado quântico de cada partícula não pode ser descrito independentemente.

"Graças a este design, podemos medir tempos de femtossegundo sem um laser de femtossegundo, usando fótons individuais, "explicou o co-autor do artigo, um estudante de pós-graduação na Faculdade de Física da Lomonosov Moscow State University, Elizaveta Melik-Gaykazyan.

A amostra de teste é colocada dentro de um braço do interferômetro. Um fóton do par emaranhado passa por ele e atinge o divisor de feixe, onde encontra sua contraparte, que passou pelo segundo braço. Depois disso, os fótons caem em um dos dois detectores, que reagem a fótons individuais. Isso torna possível construir um circuito de coincidência - se ambos os fótons vão para o mesmo detector, zero coincidência existe; se eles forem para detectores diferentes, o valor de coincidência é um. No momento em que o atraso entre os dois braços se torna absolutamente idêntico, interferência quântica ocorre - a coincidência desaparece completamente, já que os fótons nunca cairão em ambos os detectores simultaneamente.

Se a amostra for definida no caminho dos fótons, o padrão de interferência quântica começa a mudar. Nesse caso, os pares de fótons emaranhados que chegam ao divisor tornam-se menos "idênticos" do que em uma situação sem uma amostra. Por causa disso, as estatísticas de recepção de fótons nos dois detectores mudam, e por meio das mudanças estatísticas, os pesquisadores podem julgar a natureza das interações na substância em estudo, por exemplo, eles podem estimar o tempo de transição do estado excitado para o estado não excitado.

Por seu trabalho, Melik-Gaikazyan construiu uma configuração experimental, mediu o padrão de interferência com e sem a amostra de teste, obteve dados experimentais e os analisou. Os pesquisadores testaram e verificaram o método em duas amostras:uma granada de alumínio-ítrio com neodímio e uma matriz de nanopartículas dielétricas.

"O novo método de análise de substâncias desconhecidas pode ser usado na química, biologia, e ciência dos materiais, "Melik-Gaykazyan disse." Além disso, pode ser útil ao criar um computador quântico, e ao tentar entender como usar a luz quântica na tecnologia da informação. "