Omar Magaña-Loaiza observa sua fonte eficiente de conversão paramétrica espontânea. Esta fonte usa um cristal não linear para produzir pares de fótons correlacionados. Crédito:Elsa Hahne, LSU
Em um artigo publicado hoje na Nature's NPJ Quantum Information , Omar Magaña-Loaiza, professor assistente no Departamento de Física e Astronomia da Louisiana State University (LSU), e sua equipe de pesquisadores descreve um notável passo à frente na manipulação quântica e controle da luz, que tem aplicações de tecnologia quântica de longo alcance em imagens, simulação, metrologia, computação, comunicação, e criptografia, entre outras áreas. O papel, intitulado "Engenharia de estado quântico multifotônico usando medições condicionais, "inclui co-autores do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia de Boulder, Colo., institutos e universidades no México e na Alemanha, bem como Chenglong You, um pesquisador de pós-doutorado da LSU e membro do grupo experimental de fotônica quântica do Dr. Magaña-Loaiza.
No nível quântico, a luz continua difícil de controlar para fins de engenharia.
"Se formos capazes de controlar as flutuações de fótons e o ruído associado, "Magaña-Loaiza disse." Então, podemos fazer medições mais precisas. Essa tecnologia é nova e vai mudar nosso campo. "
Físicos de todo o mundo estão correndo para desenvolver técnicas para preservar as propriedades quânticas da luz em escalas grandes o suficiente para fins práticos. Embora os físicos possam, até agora, controlar as propriedades quânticas de fótons individuais e pares de fótons, levando a aplicações poderosas por meio de emaranhamento e "sinalização" (em que o conhecimento de um fóton dá um conhecimento relativamente certo sobre outro, fóton ainda não detectado), A equipe de Magaña-Loaiza demonstrou com sucesso um método para gerar grupos de fótons com essas mesmas propriedades poderosas - conhecidas como estados multifotônicos.
Ao subtrair alguns fótons, Magaña-Loaiza disse, "Podemos remodelar a forma do pacote de ondas e aumentar artificialmente o número de fótons nele."
Além disso, enquanto os cientistas anteriores produziram estados multifotônicos usando fontes múltiplas, A equipe de Magaña-Loaiza conseguiu construir uma única fonte para produzir pacotes multifóton que compartilham semelhanças com lasers emaranhados:uma grande conquista tecnológica.
Fonte de fótons emaranhados. Uma lente é usada para focar o feixe de bomba no cristal não linear, os fótons emaranhados gerados são coletados por uma segunda lente e, em seguida, enviados para um divisor de feixe de polarização. Isso é utilizado para direcionar fótons emaranhados para diferentes portas da fonte. Fótons com polarizações diferentes emergem por meio de portas de saída diferentes. O laser vermelho no divisor de feixe de polarização é utilizado para fins de alinhamento. Crédito:Elsa Hahne, LSU
Mas talvez o mais impressionante, a publicação revela que a equipe de Magaña-Loaiza pode gerar vários tipos de luz com estados quânticos manipuláveis em uma única configuração.
"Eu realmente acho que estamos fazendo algo novo, e acho que as pessoas estão começando a reconhecer isso, " ele disse.
Além de gerar fótons únicos, eles também podem produzir luz laser emaranhada e luz natural emaranhada (ou seja, luz solar) com as propriedades desejadas.
"Se você é capaz de manipular a luz neste nível fundamental, você pode projetar a luz, " ele disse.
Magaña-Loaiza obteve seu Ph.D. em óptica quântica experimental na Universidade de Rochester em 2016 antes de se tornar um associado de pesquisa no Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia em Boulder, Colo. Ele então se juntou ao corpo docente da LSU em agosto de 2018, onde ele lidera o grupo experimental de fotônica quântica. Fazendo avanços emocionantes na metrologia quântica, o grupo está usando fontes de fótons emaranhados para desenvolver várias tecnologias quânticas. Um artigo que Magaña-Loaiza escreveu recentemente com o Dr. You enquanto este ainda era um estudante de doutorado, "Metrologia quântica multifotônica sem medições pré e pós-selecionadas, "incluindo contribuições do físico da LSU Jonathan Dowling e vários colaboradores, foi selecionado como o vencedor do Concurso de Trabalho de Aluno de Destaque Emil Wolf esta semana.
O papel, "Engenharia de estado quântico multifotônico usando medições condicionais, "está disponível online na Nature's npj Quantum Information .
