Νέο σύστημα άμεσα ανιχνεύει τύπο διεμπλοκής με συσχέτιση ενέργειας και χρόνου φωτονίων

Δύο φωτόνια μπορούν να διεμπλακούν με πολλούς τρόπους, στους οποίους συμπεριλαμβάνεται αυτός μέσω των ενεργειών τους και των χρόνων εκπομπής τους. Μια τέτοια διεμπλοκή ενέργειας-χρόνου μπορεί να σημαίνει, για παράδειγμα, ότι η μετρούμενη συχνότητα του ενός διεμπλεκόμενου φωτονίου μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να προσδιοριστεί πότε το άλλο διεμπλεκόμενο φωτόνιο θα φθάσει σε ένα ξεχωριστό ανιχνευτή. Από τη στιγμή που αυτός ο τύπος διεμπλοκής είναι έντονος σε μεγάλες αποστάσεις, θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για εφαρμογές κβαντικής πληροφορίας. Όμως η άμεση παρατήρηση της διεμπλοκής ενέργειας-χρόνου έχει αποδειχθεί δύσκολη επειδή τα πειράματα δεν έχουν την απαραίτητη ανάλυση τόσο στον τομέα του χρόνου όσο και σε αυτόν της συχνότητας. Ο Jean-Philippe MacLean και οι συνεργάτες του από το Πανεπιστήμιο του Waterloo στον Καναδά ξεπέρασαν αυτό το πρόβλημα με ένα σύστημα ανίχνευσης υπερταχέους μεμονωμένου φωτονίου που μπορεί να μετρήσει τις κβαντικές συσχετίσεις μεταξύ φωτονίων με διεμπλοκή ενέργειας-χρόνου.

Γενικά, δυο σωματίδια ονομάζονται διεπλεκόμενα όταν οι μετρήσεις του ζεύγους αποκαλύπτουν ισχυρές συσχετίσεις που κλασικά δεν είναι επιτρεπτές. Για τη διεμπλοκή ενέργειας-χρόνου, η αποκαλυπτική συσχέτιση είναι μια μειούμενη αβεβαιότητα στα μετρούμενα: τις συχνότητες και τους χρόνους άφιξης των δυο φωτονίων. Για να παρατηρήσουν αυτή την συμπεριφορά, ο MacLean και οι συνεργάτες του μελέτησαν ζεύγη φωτονίων που παράγονται από ένα παλμό λέιζερ που χτυπά ένα μη γραμμικό κρύσταλλο. Για κάθε ζεύγος, τα φωτόνια χωρίστηκαν σε δυο ξεχωριστές διαδρομές, τις οποίες διαμόρφωσαν οι ερευνητές για να μετρήσουν είτε τη συχνότητα ή το χρόνο άφιξης. Η μέτρηση της συχνότητας χρησιμοποίησε ένα βασισμένο σε πλέγμα τυπικό φίλτρο, ενώ η μέτρηση του χρόνου βασίστηκε σε μια τεχνική οπτικού πλέγματος που πρόσφατα αναπτύχθηκε η οποία συνδυάζει το σήμα ενός μεμονωμένου φωτονίου με έναν υποπικοδευτερολέπτου παλμό-πύλη. Η ομάδα μέτρησε τον αριθμό των ζευγών φωτονίων για διάφορες ρυθμίσεις του ανιχνευτή και βρήκε ότι η έκταση στις συχνότητες και τους χρόνους άφιξης συμφωνούσαν με τις αναμενόμενες για τα διεμπλεκόμενα φωτόνια. Η διάταξη μπορεί να ενσωματωθεί, για παράδειγμα, σε πρωτόκολα κβαντικής κρυπτογράφησης για να επαληθεύσει ότι η πληροφορία που μοιράζεται δεν διακυβεύεται.