Configuração experimental da interferência do estado NOON. Controlador de polarização PC, linha de atraso DL, filtro combinado CF, circulador CR, fibra deslocada com dispersão diferente de zero NZDSF, filtro passa-banda BF, espelho FM Faraday, polarizador P, divisor de feixe BS, detector de fóton único nanofio supercondutor D. Crédito:Light:Ciência e Aplicações (2024). DOI:10.1038/s41377-024-01439-9 Os cientistas introduziram uma forma de emaranhamento quântico conhecida como emaranhamento de caminho numérico de fótons no domínio da frequência. Este avanço na física quântica envolve uma ferramenta inovadora chamada divisor de feixe de frequência, que tem a capacidade única de alterar a frequência de fótons individuais com uma taxa de sucesso de 50%.
Durante anos, a comunidade científica mergulhou no emaranhamento de caminhos numéricos de fótons no domínio espacial, um ator chave nos domínios da metrologia quântica e da ciência da informação.
Este conceito envolve fótons dispostos em um padrão especial, conhecido como estados NOON, onde eles estão todos em um caminho ou outro, permitindo aplicações como imagens de super-resolução que ultrapassam os limites tradicionais, o aprimoramento de sensores quânticos e o desenvolvimento de tecnologias quânticas. algoritmos de computação projetados para tarefas que exigem sensibilidade de fase excepcional.
Em um novo artigo publicado em Light:Science &Applications , uma equipe de cientistas, liderada pelo professor Heedeuk Shin do Departamento de Física da Universidade de Ciência e Tecnologia de Pohang, na Coréia, desenvolveu estados emaranhados no domínio da frequência, um conceito semelhante aos estados NOON no domínio espacial, mas com uma reviravolta significativa:em vez disso dos fótons sendo divididos entre dois caminhos, eles são distribuídos entre duas frequências.
Este avanço levou à criação bem-sucedida de um estado NOON de dois fótons dentro de uma fibra monomodo, demonstrando a capacidade de realizar interferência de dois fótons com o dobro da resolução de sua contraparte de fóton único, indicando notável estabilidade e potencial para aplicações futuras. .
Um esquema experimental para o emaranhamento no domínio da frequência. Dois fótons de cores distintas, vermelho e azul, são injetados no interferômetro construído com dois divisores de feixe de frequência. Então, o padrão de interferência resultante é medido. b, O padrão de interferência medido com o estado NOON de dois fótons, mostrando um aumento duplo na resolução em comparação com a contraparte de fóton único. c, O padrão de interferência medido com o estado de fóton único. Crédito:Dongjin Lee, Woncheol Shin, Sebae Park, Junyeop Kim e Heedeuk Shin
"Em nossa pesquisa, transformamos o conceito de interferência de ocorrência entre dois caminhos espaciais para ocorrência entre duas frequências diferentes. Essa mudança nos permitiu canalizar ambos os componentes de cor através de uma fibra óptica monomodo, criando um interferômetro estável sem precedentes", disse Dongjin. Lee, o primeiro autor deste artigo, disse.
Esta descoberta não só enriquece a nossa compreensão do mundo quântico, mas também prepara o terreno para uma nova era no processamento de informação quântica no domínio da frequência. A exploração do emaranhamento no domínio da frequência sinaliza avanços promissores nas tecnologias quânticas, impactando potencialmente tudo, desde a detecção quântica até redes de comunicação seguras.
