Un groupe de recherche international, avec des scientifiques de la MSU, ont développé une méthode de spectroscopie résolue en temps qui permet d'étudier des processus rapides dans des échantillons. La nouvelle méthode fonctionne en analysant la lumière quantifiée transmise à travers un échantillon sans l'utilisation de lasers femtosecondes et de systèmes de détection complexes. Cette conception est beaucoup moins chère que celle utilisée actuellement, et permet aux chercheurs d'étudier un échantillon sans le détruire. La recherche a été publiée dans Rapports scientifiques .

L'un des moyens les plus courants d'étudier les interactions et les processus se produisant dans une substance consiste à mesurer le temps pendant lequel un échantillon répond aux champs électromagnétiques externes qui l'affectent. Selon cette mesure, il est possible de juger quelles connexions existent entre les composants de la substance. Comme ces temps sont souvent mesurés en femtosecondes (10 ^-15 seconde), les chercheurs utilisent des lasers femtosecondes capables de générer des impulsions ultracourtes.

Le problème est que les lasers femtoseconde ont une puissance élevée, et peut donc endommager l'échantillon ; Deuxièmement, ces lasers sont chers. Pour résoudre ce problème, les chercheurs ont développé un schéma qui permet d'étudier des échantillons avec des photons uniques et d'utiliser des lasers ordinaires pour les produire.

L'installation se compose d'un simple interféromètre qui permet de mesurer avec précision l'interférence de la lumière. Dans le circuit assemblé, un cristal non linéaire est situé sur le trajet laser. Des paires de photons intriqués produits dans le cristal s'envolent selon un certain angle. L'intrication quantique consiste en deux ou plusieurs particules distinctes dont les propriétés physiques sont si corrélées que l'état quantique de chaque particule ne peut pas être décrit indépendamment.

« Grâce à cette conception, on peut mesurer des temps femtosecondes sans laser femtoseconde, en utilisant des photons uniques, " a expliqué le co-auteur de l'article, un étudiant diplômé de la Faculté de physique de l'Université d'État Lomonossov de Moscou, Elizaveta Melik-Gaykazyan.

L'échantillon d'essai est placé à l'intérieur d'un bras de l'interféromètre. Un photon de la paire intriquée le traverse et frappe le séparateur de faisceau, où il rencontre son homologue, qui a traversé le deuxième bras. Après ça, les photons tombent sur l'un des deux détecteurs, qui réagissent aux photons uniques. Cela permet de construire un circuit de coïncidence - si les deux photons vont au même détecteur, aucune coïncidence n'existe ; s'ils vont à des détecteurs différents, la valeur de coïncidence est un. Au moment où le délai entre les deux bras devient absolument identique, une interférence quantique se produit - la coïncidence disparaît complètement, puisque les photons ne tomberont jamais sur les deux détecteurs simultanément.

Si l'échantillon est placé dans le chemin des photons, le modèle d'interférence quantique commence à changer. Dans ce cas, les paires de photons intriqués qui arrivent au séparateur deviennent moins « identiques » que dans une situation sans échantillon. À cause de ce, les statistiques de réception des photons sur les deux détecteurs changent, et via les changements statistiques, les chercheurs peuvent juger de la nature des interactions dans la substance à l'étude, par exemple, ils peuvent estimer le temps de transition de l'état excité à l'état non excité.

Pour son travail, Melik-Gaikazyan a construit une installation expérimentale, mesuré la figure d'interférence avec et sans l'échantillon d'essai, obtenu des données expérimentales et les a analysées. Les chercheurs ont testé et vérifié la méthode sur deux échantillons :un grenat aluminium-yttrium avec néodyme et une matrice de nanoparticules diélectriques.

"La nouvelle méthode d'analyse des substances inconnues peut être utilisée en chimie, la biologie, et science des matériaux, " a déclaré Melik-Gaykazyan. " De plus, cela peut être utile lors de la création d'un ordinateur quantique, et en essayant de comprendre comment utiliser la lumière quantique dans les technologies de l'information."