Ny forskning har gjort det möjligt för första gången att jämföra de rumsliga strukturerna och positionerna för två avlägsna objekt, som kan vara väldigt långt ifrån varandra, bara genom att använda en enkel termisk ljuskälla, ungefär som en stjärna på himlen.

Denna avkänningsteknik, introducerad av Dr Vincenzo Tamma vid University of Portsmouth i samarbete med University of Bari i Italien och University of Maryland, Baltimore County i USA i den senaste publikationen i Optik Express , möjliggör jämförelse av den rumsliga strukturen för ett fjärrobjekt med ett referensobjekt, banar väg för viktiga fjärranalysapplikationer.

Tekniken bygger på den berömda Hanbury Brown and Twiss-effekten, ursprungligen användes för att mäta vinkelstorleken på en avlägsen stjärna, som födde det nya området kvantoptik. Den rapporterade nya forskningen har nu tagit fysiken bakom denna effekt ett viktigt steg längre.

Dr Tamma sa:"Dessa resultat fördjupar inte bara vår förståelse av den intressanta fysiken bakom multifotoninterferens utan är också av intresse för utvecklingen av kvantteknologier för fjärranalys, biomedicinsk bildbehandling och informationsbehandling."

Multifotoninterferensfenomenet i hjärtat av denna nya avkänningsteknik förutspåddes först av Dr Tamma och hans student Johannes Seiler 2014 och rapporterades som en Fast Track Communication i tidskriften New Journal of Physics . Den kontraintuitiva karaktären av detta fenomen gjorde det svårt att acceptera av en del av det vetenskapliga samfundet. Ändå, det har redan lett till tre oberoende verifikationer (här, här och här) i tre olika experimentella scenarier i USA, Italien och Sydkorea.

I den senaste publikationen i Vetenskapliga rapporter i samarbete med University of Bari, denna teknik har experimentellt använts för rumslig karakterisering av två avlägsna objekt, nämligen två dubbla nålhålsmasker, på avstånd som, i princip, kan vara godtyckligt stora.

I experimentuppställningen, termiskt ljus träffar en balanserad stråldelare och når sedan de två avlägsna dubbelpinhålsmaskerna genom de två stråldelarens utgångskanaler.

Dr Tamma sa:"I experimentet som rapporteras här, avståndet mellan de två nålhålen är tillräckligt stort för att det inte finns någon koherens mellan ljuset som passerar genom dem. Det klassiska Youngs dubbelslitsexperiment lär oss att i det här fallet kan ingen enkelfotoninterferens mätas bakom varje mask separat. Ändå, multifotoninterferens observeras genom att utföra korrelationsmätningar med två detektorer, en placerad bakom var och en av de två maskerna. Ännu mer intressant, det uppmätta interferensmönstret gör att vi kan hämta information om position och rumslig struktur för båda maskerna.

"Anmärkningsvärt nog, denna avkänningsteknik möjliggör mätning, via multifotoninterferens, av den relativa krympningen/sträckningen av ett föremål i förhållande till det andra. Vidare, om båda detektorerna flyttas, symmetriskt, längre bort från den optiska axeln är det till och med möjligt att öka mätningskänsligheten för förändringar i objektets rumsliga strukturer. Liknande analys kan utföras för att bestämma den relativa positionen för de två olika objekten."

Tillämpningen av denna teknik för avkänning av godtyckliga fjärrobjekt kan bana väg för ett brett spektrum av tillämpningar inom fjärranalys. Vidare, utvidgningen av detta schema till användning av intrasslade fotoner kan leda till tillämpningar inom högprecisionsmetrologi utöver alla klassiska möjligheter.

Fysiken för flervägskorrelationer i hjärtat av denna effekt har redan visat sig vara avgörande vid simulering av kvantlogiska grindar med en termisk källa. Detta har potentiellt viktiga tillämpningar inom informationsbehandling och utveckling av nya optiska algoritmer.