Pesquisadores descobrem novo efeito multifotônico na interferência quântica da luz
Representação artística da interferência quântica entre um estado térmico e um anunciado estado paramétrico de fóton único. Crédito:IOP Uma equipe internacional de pesquisadores da Universidade Leibniz de Hannover (Alemanha) e da Universidade de Strathclyde em Glasgow (Reino Unido) refutou uma suposição anteriormente sustentada sobre o impacto de componentes multifotônicos nos efeitos de interferência de campos térmicos (por exemplo, luz solar) e fótons únicos paramétricos. (gerado em cristais não lineares). A revista Cartas de Revisão Física publicou a pesquisa da equipe.
"Provamos experimentalmente que o efeito de interferência entre a luz térmica e os fótons únicos paramétricos também leva à interferência quântica com o campo de fundo. Por esta razão, o fundo não pode simplesmente ser negligenciado e subtraído dos cálculos, como tem sido o caso até agora, " diz o Prof. Michael Kues, Chefe do Instituto de Fotônica e membro do Conselho do Cluster de Excelência PhoenixD da Universidade Leibniz de Hannover.
O principal cientista era Ph.D. a estudante Anahita Khodadad Kashi, que realiza pesquisas sobre processamento de informação quântica fotônica no Instituto de Fotônica. Ela investigou como a visibilidade do chamado efeito Hong-Ou-Mandel, um efeito de interferência quântica, é afetada pela contaminação multifóton.
“Com a nossa experiência, refutámos a suposição anteriormente válida de que os componentes multifotónicos apenas prejudicariam a visibilidade e podem, portanto, ser subtraídos no cálculo”, diz Khodadad Kashi. "Descobrimos uma nova característica fundamental que não foi considerada em cálculos anteriores. Nosso modelo recém-desenvolvido pode prever a interferência quântica e podemos medir esse efeito em um experimento."
Como o novo conhecimento é criado
Os cientistas descobriram sua descoberta enquanto realizavam um experimento no laboratório de laser. Obtiveram resultado negativo quando seguiram inicialmente o método de cálculo original. “Mas o resultado teria sido fisicamente impossível”, diz Khodadad Kashi. Juntas, a equipe começou a solucionar problemas da configuração experimental e do modelo de cálculo.
“Quando uma experiência resulta muito diferente do esperado, os cientistas começam a questionar suposições anteriores e a procurar novas explicações”, diz Kues.
Eles desenvolveram em conjunto sua nova teoria de interferência quântica de campos térmicos com fótons únicos paramétricos. A pesquisadora quântica Lucia Caspani, da Universidade de Strathclyde, em Glasgow, foi a primeira a testar a abordagem. Como próximo passo, Khodadad Kashi apresentou sua teoria e os resultados experimentais em conferências internacionais, incluindo Photonics West em São Francisco. Lá, ela discutiu seu modelo com outros cientistas e recebeu a confirmação de seus resultados.
Com a nova teoria e a verificação experimental, a equipe de Kues deu uma importante contribuição para uma melhor compreensão dos fenômenos quânticos. “As descobertas podem ser importantes para a distribuição de chaves quânticas, que é necessária para comunicações seguras no futuro, especificamente como os efeitos da interferência quântica são interpretados para a geração de chaves secretas”, diz Khodadad Kashi.
No entanto, muitas questões permanecem sem resposta, diz Kues. "Pouca pesquisa foi feita sobre efeitos multifotônicos, então ainda é necessário muito trabalho."
Mais informações: Anahita Khodadad Kashi et al, Spectral Hong-Ou-Mandel Effect entre um anunciado estado de fóton único e um campo térmico:contaminação multifotônica e o limite de não-classicalidade, Cartas de revisão física (2023). DOI:10.1103/PhysRevLett.131.233601 Informações do diário: Cartas de revisão física
