Новая система детектирования позволила учёным наблюдать квантовую запутанность, в которой энергия одного фотона оказывается скоррелированной со временем детектирования второго. Об этом сообщается в статье, опубликованной в журнале Physical Review Letters.
Два фотона могут быть запутаны между собой множеством способов, в том числе и таким, что связанными оказываются их энергия и время излучения. Такая сцепленность энергии-времени означает, в частности, что измеряемая частота одного из запутанных фотонов определяет время прихода на детектор второго.
Кроме того, поскольку такая корреляция оказывается устойчивой и сохраняется на больших расстояниях, её можно использовать в ряде приложений. Однако непосредственное наблюдение сцепленности энергии-времени оказывалось задачей непростой, поскольку экспериментаторам не хватало необходимой для её наблюдения точности одновременного измерения частоты и времени прихода фотона. Авторам новой работы удалось преодолеть эту проблему при помощи оригинальной сверхбыстрой однофотонной системы детектирования.
Напомним, что в общем случае две частицы называются квантово запутанными или сцепленными, если измерение некоторых их свойств оказывается скоррелированным сильнее, чем это можно было бы ожидать на основе классических законов. Для запутанности энергия-время подобная корреляция заключается в уменьшении неопределённости измеряемой частоты одного фотона и времени прихода на детектор второго фотона.
Для наблюдения этой корреляции авторы изучали пары фотонов, возникающих при облучении лазером нелинейного кристалла — это стандартный метод генерации запутанных пар фотонов. Для каждой пары фотоны разделялись в пространстве и пускались по двум разным каналам. В одном измерялась частота, а в другом — время прихода фотона.
Частоту измеряли стандартным методом при помощи решёточных фильтров. А вот для измерения времени применили недавно разработанный оригинальный метод, основанный на стробированни. При этом в качестве «строба» использовался сверхкороткий — субпикосекундный (1 пикосекунда = 10¯¹² c = 1 триллионная секунды) — лазерный импульс.
Учёные измеряли число пар для разных исходов измерений и обнаружили, что разброс в измеренных частотах и временах прихода фотонов удовлетворяют условию квантовой запутанности энергии-времени.
В будущем разработанный метод может быть использован, например, в квантовой криптографии для проверки того, что переданная информация не оказалась скомпрометированной.