Arte de emaranhamento de partículas quânticas de física

Um recente avanço no emaranhamento quântico mostra avanços promissores nas tecnologias quânticas, com os cientistas alcançando uma interferência estável de dois fótons com o dobro da resolução usando técnicas no domínio da frequência. Crédito: SciTechDaily.com

Cientistas introduziram uma forma inovadora de emaranhamento quântico conhecida como domínio de frequência fóton emaranhamento de caminhos numéricos. Este salto 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 inovadoras como imagens de super-resolução que ultrapassam os limites tradicionais, o aprimoramento de sensores quânticos e o desenvolvimento de Computação quântica algoritmos projetados para tarefas que exigem sensibilidade de fase excepcional.

Em um novo artigo publicado em Ciência da Luz e Aplicação, 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 do domínio espacial, mas com uma reviravolta significativa: em vez de os fótons serem 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. .

Esquemas Experimentais e Resultado do Emaranhamento Frequência-Domínio

a, 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”, acrescentou Dongjin Lee, o primeiro autor deste artigo.

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.

Referência: “Interferência do estado NOON no domínio da frequência” por Dongjin Lee, Woncheol Shin, Sebae Park, Junyeop Kim e Heedeuk Shin, 15 de abril de 2024, Luz: Ciência e Aplicações.
DOI: 10.1038/s41377-024-01439-9



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