Forskare vid Institute for Quantum Computing (IQC) vid University of Waterloo har tagit de första bilderna av ultrasnabba fotoner som är intrasslade i energitid. Den nya tekniken kommer att ha direkta tillämpningar för kvantkryptografi och kommunikationsprotokoll, inklusive möjligheten att etablera mycket säkra kommunikationskanaler över långa avstånd.

"Denna teknik kommer att tillåta oss att utforska alla möjliga kvanteffekter som var otillgängliga eftersom detektorerna helt enkelt var för långsamma, sa Jean-Philippe MacLean, huvudförfattare till studien och doktorand vid institutionen för fysik och astronomi vid naturvetenskapliga fakulteten.

För att fånga en av de kortast möjliga kvanthändelserna, forskarna använde en teknik som kallas optisk grindning. På samma sätt som Harold Edgerton använde höghastighetsblixtljus för att fånga några av 1900-talets mest ikoniska bilder, enheten använder korta ljuspulser för att avbilda fotonerna i tid. Denna teknik gjorde det möjligt för forskarna att överträffa begränsningarna i strömdetektorer och mäta intrasslade par av fotoner med en upplösning under en biljondels sekund.

"Under de senaste 10 till 20 åren, forskare har varit intresserade av att utforska och utnyttja energi-tidsförveckling för kommunikation, ", sa MacLean. "Genom att kunna mäta ultrasnabba intrasslade fotoner, vår mätteknik öppnar dörren till att utnyttja intrassling i en helt ny regim."

Energi-tid intrassling är en egenskap hos kvantljus. Det uppstår när ett par fotoner är starkt korrelerade i både deras frekvens och ankomsttid. Forskare har varit intresserade av att utnyttja energi-tid intrassling för kvantinformation, men tills nu, de saknade beslutsamhet i både energi och tid att direkt observera den.

Den nya apparaten ger kvantvärlden ett verktyg som man ofta litar på inom klassisk optikforskning. I klassisk optik, förmågan att noggrant mäta både energi- och tidsegenskaperna hos ljus på ultrasnabba tidsskalor har varit avgörande för innovationer inom laserfysik och spektroskopi.

"Ultrasnabb och kvant representerar två gränser för optisk vetenskap, sa Kevin Resch, tillfällig verkställande direktör vid IQC och professor vid institutionen för fysik och astronomi vid naturvetenskapliga fakulteten. "Att föra över tekniker från ett av dessa områden till det andra öppnar upp för spännande möjligheter."

Tidningen publiceras i Fysiska granskningsbrev .