Cientistas da Universidade de Paderborn usaram um novo método para determinar as características dos estados quânticos ópticos. Pela primeira vez, eles estão usando determinados detectores de fótons – dispositivos que podem detectar partículas de luz individuais – para a chamada detecção homódina.



A capacidade de caracterizar estados quânticos ópticos torna o método uma ferramenta essencial para o processamento de informações quânticas. O conhecimento preciso das características é importante para uso em computadores quânticos, por exemplo. Os resultados foram agora publicados na Optica Quantum.

"A detecção homodina é um método frequentemente usado em óptica quântica para investigar a natureza ondulatória dos estados quânticos ópticos", explica Timon Schapeler, do grupo de trabalho "Óptica Quântica Mesoscópica" de Paderborn, no Departamento de Física.

Juntamente com o Dr. Maximilian Protte, ele usou o método para investigar as chamadas variáveis ​​contínuas de estados quânticos ópticos. Isso envolve as propriedades variáveis ​​das ondas de luz. Podem ser, por exemplo, a amplitude ou a fase, ou seja, o comportamento de oscilação das ondas, que são importantes para a manipulação direcionada da luz, entre outras coisas.

Pela primeira vez, os físicos usaram detectores de fótons únicos de nanofios supercondutores (SNSPDs) para as medições – atualmente os dispositivos mais rápidos para contagem de fótons. Com sua configuração experimental especial, os dois cientistas mostraram que um detector homódino com SNSPDs tem uma resposta linear ao fluxo de fótons de entrada. Traduzido, isso significa que o sinal medido é proporcional ao sinal de entrada.

"Em princípio, a integração de detectores supercondutores de fóton único traz muitas vantagens na área de variáveis ​​contínuas, entre elas a estabilidade intrínseca de fase. Esses sistemas também têm quase 100% de eficiência de detecção no chip. Isso significa que nenhuma partícula é perdida durante detecção Nossos resultados podem permitir o desenvolvimento de detectores homódinos altamente eficientes com detectores sensíveis a um único fóton", diz Schapeler.

Trabalhar com variáveis ​​contínuas de luz abre possibilidades novas e emocionantes no processamento de informações quânticas além dos qubits, as unidades de computação usuais dos computadores quânticos.

Mais informações: Maximilian Protte et al, Detecção homódina balanceada de baixo ruído com detectores de fóton único de nanofios supercondutores, Optica Quantum (2023). DOI:10.1364/OPTICAQ.502201
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