Ett team från Fysiska fakulteten, MSU, har utvecklat en metod för att skapa två strålar av intrasslade fotoner för att mäta fördröjningen mellan dem. I framtiden kan resultaten av studien användas i högprecisionsmätningar, materialstudier, och informationsteknik. Artikeln publicerades i Optik bokstäver tidning.

David Nikolaevich Klyshko, professor i ordföranden för Quantum Electronics vid MSU, upptäckte spontan parametrisk nedkonvertering 1966 och tilldelades senare Statens pris tillsammans med sina kollegor. Denna upptäckt markerade början av kvantoptik, ett populärt område inom fysiken som involverar ljusets kvantegenskaper. Effekten är ganska enkel:En foton som kommer in i en kristall delas upp i två fotoner med summan av deras frekvenser lika med frekvensen för den ursprungliga fotonen. I synnerhet, denna process kan endast observeras i icke-linjära kristaller i vilka frekvensen av fotoner kan ändras under spridningsförloppet.

Effekten har observerats i studier av själva kristallerna, mätningar av effektivitet i ljuskänsliga detektorer, och speciellt inom kvantoptik, där den har praktiska tillämpningar inom sådana områden som kvantkryptografi, kvantberäkningar, och kvantteleportation. Om polariseringen av en foton mäts, kvantpolarisationstillståndet för den andra ändras, också. Eventuella förändringar i den första fotonen inträffar omedelbart i den andra. Dock, denna effekt kan inte användas för att utbyta information.

I ett nyligen genomfört experiment, MSU-baserade forskare under ledning av den ledande forskningsassistenten Maria Chekhova försökte generera kraftfulla strålar av intrasslade fotoner. "I detta fall, korrelationen är inte mellan enskilda fotoner, men hela strålar, och frågan är, vad är precisionen för denna korrelation?" säger Pavel Prudkovskii, en medförfattare till verket. "Om vi ​​saktar ner en stråle, vid vilken tidpunkt skulle vi märka avsynkroniseringen?"

För att svara på dessa frågor var forskarna tvungna att göra fotoner med olika frekvenser för att bilda två ljusstrålar som rörde sig parallellt. För att få denna effekt, litiumniobatkristaller som ofta används i sådana experiment var tvungna att odlas med en viss struktur med ett förberäknat ytterligare icke-periodiskt domängitter.

Under experimentets gång, forskarna fick en av de två intrasslade fotonstrålarna att stanna lite, och färdas längs en hjälpväg. Sedan, båda strålarna nådde den andra kristallen – det vanliga litiumniobatet. "I denna kristall, summeringen av frekvenser ägde rum. Om strålarna anländer synkroniserade, det är mer effektivt än i andra fall, " sade Prudkovskii. "Som ett resultat, vi får en smal topp i summeringsfrekvenssignalen. Bredden på den är 90 femtosekunder (10 ^-15 sek), och detta är vår främsta prestation.

Således, forskarna lyckades experimentellt registrera minsta möjliga skiftning mellan dubbla strålar av intrasslade fotoner som kan observeras av mätinstrument. Enligt teamet, det är möjligt att ytterligare minska detta värde, men att göra det, experimentschemat skulle vara mer komplext. "Just nu, 90 femtosekunder är ett rekordvärde, men det kan minskas, och vi vet hur, " förklarade Prudkovskii. Han säger att vågperioden för laseremission bara är flera femtosekunder, så det är möjligt att minska längden på en sådan fördröjning till ett dussin eller så.

Resultaten av studien kan användas för utveckling av krypterade kommunikationskanaler skyddade från avbrott eller buggning. Om en brottsling försöker fånga upp en stråle av intrasslade fotoner, de skulle behöva stoppa det under en period, och förseningen skulle märkas. Dessutom, registreringen av en fördröjning i två kvanttrasslade strålar kan användas för att detektera mindre inblandningar i ämnen.