Os pesquisadores de Bernese deram um passo importante em direção a novos métodos de medição, como a espectroscopia quântica. Em um experimento, eles conseguiram descobrir parte do mistério que cerca os chamados "fótons emaranhados" e ganhar um controle preciso sobre as correlações medidas.

As tecnologias quânticas prometem ir além das capacidades das tecnologias clássicas atuais, fazendo uso do fenômeno quântico puro, como "partículas emaranhadas". As tecnologias quânticas são usadas em várias aplicações, por exemplo, em computadores quânticos ou em sensoriamento quântico e metrologia, o que permite obter imagens com resolução mais alta ou determinar propriedades de átomos e moléculas com mais precisão.

Partículas emaranhadas

O emaranhamento é um dos fenômenos físicos quânticos mais impressionantes. Ele descreve a propriedade de duas partículas não se comportando como dois objetos independentes, mas como um único objeto físico. O emaranhamento não deve ser entendido espacialmente:as partículas emaranhadas se correlacionam entre si em termos de suas propriedades. Isso significa que se você alterar as propriedades de uma partícula, a outra partícula muda ao mesmo tempo, não importa onde esteja. Partículas de luz (fótons) podem ser emaranhadas pela divisão de uma única partícula em dois fótons em um arranjo de laser com um cristal especial. Na ótica, fótons emaranhados são um componente importante no desenvolvimento de novos métodos de medição quântica. Eles podem ser usados ​​porque a capacidade de medição de um par de fótons emaranhados é maior do que a de dois fótons individuais. Contudo, o emaranhamento quântico leva à observação das relações entre as medições nos pares de fótons, que só pode ser explicado pela mecânica quântica e não com conceitos da física clássica.

Até agora, não houve nenhum método para produzir pares de fótons que não apresentassem mecânica quântica, mas apenas correlações clássicas de energia. Em um experimento, uma equipe de pesquisa do Instituto de Física Aplicada da Universidade de Berna agora conseguiu transformar as correlações observadas de pares de fótons de puramente mecânica quântica em completamente clássica. Essa transição representa uma novidade, uma vez que as correlações quânticas e clássicas são difíceis de reconciliar. Os pesquisadores conseguiram demonstrar a transição em um experimento com um novo método no qual foram capazes de controlar a correlação das energias de dois fótons. Os resultados foram publicados na revista Nature Communications Physics .

Agitando os fótons

O emaranhamento dos fótons é o chamado "emaranhamento energia-tempo, "já que os fótons se correlacionam com respeito ao tempo de emissão e à energia. Ambas as correlações podem ser observadas experimentalmente e permitem tirar conclusões uma sobre a outra. Mas, como os pesquisadores queriam detectar apenas as correlações no tempo dos pares de fótons, eles tinham que agarrar seu saco de truques:"Para formar esses pares, nós sacudimos aleatoriamente os fótons, por assim dizer, "explica o Dr. Stefan Lerch, autor principal do estudo. Fazendo isso, os pesquisadores induziram uma perturbação. "Quanto mais perturbação foi adicionada, menos os fótons se comportaram de forma quântica. "

Para mudar o estado quântico dos fótons, os pesquisadores fizeram uso de técnicas normalmente aplicadas para a modelagem de pulsos ultracurtos do laser. "O know-how, que foi desenvolvido na Universidade de Berna no âmbito do NCCR MUST foi essencial para alcançar o controle preciso necessário, "notas estudo co-autor Prof. Dr. André Stefanov.

A aplicação potencial mais promissora de fótons emaranhados de energia-tempo é a espectroscopia, um método físico para investigar propriedades de moléculas com luz. "Espero que a espectroscopia de fótons emaranhados seja uma forma inovadora de realizar espectroscopia óptica, "diz André Stefanov. Resta, no entanto, ser experimentalmente demonstrado. As descobertas dos pesquisadores de Berna são um passo importante neste caminho." Estou convencido de que tal configuração será um componente essencial de futuros experimentos de espectroscopia quântica, "acrescenta André Stefanov.