Une équipe de la Faculté de Physique, MSU, a développé une méthode pour créer deux faisceaux de photons intriqués pour mesurer le retard entre eux. À l'avenir, les résultats de l'étude pourront être utilisés dans des mesures de haute précision, études de matériaux, et technologies de l'information. L'article a été publié dans Lettres d'optique journal.

David Nikolaïevitch Klyshko, professeur de la Chaire d'électronique quantique à MSU, a découvert la down conversion paramétrique spontanée en 1966 et a ensuite reçu le prix d'État avec ses collègues. Cette découverte a marqué le début de l'optique quantique, un domaine populaire de la physique impliquant les propriétés quantiques de la lumière. L'effet est assez simple :un photon qui pénètre dans un cristal est divisé en deux photons dont la somme de leurs fréquences est égale à la fréquence du photon d'origine. Notamment, ce processus ne peut être observé que dans des cristaux non linéaires dans lesquels la fréquence des photons peut changer au cours de la diffusion.

L'effet a été observé dans les études des cristaux eux-mêmes, mesures d'efficacité dans les détecteurs photosensibles, et surtout en optique quantique, où il a des applications pratiques dans des domaines tels que la cryptographie quantique, calculs quantiques, et la téléportation quantique. Si la polarisation d'un photon est mesurée, l'état quantique de polarisation du second est altéré, également. Tout changement dans le premier photon se produit immédiatement dans le second. Cependant, cet effet ne peut pas être utilisé pour échanger des informations.

Dans une expérience récente, Des scientifiques basés à MSU, sous la direction de la principale associée de recherche Maria Chekhova, ont tenté de générer de puissants faisceaux de photons intriqués. "Dans ce cas, la corrélation n'est pas entre les photons individuels, mais les poutres entières, et la question est, quelle est la précision de cette corrélation ?" dit Pavel Prudkovskii, un co-auteur de l'ouvrage. "Si nous ralentissons un faisceau, à quel moment remarquerions-nous la désynchronisation ?"

Pour répondre à ces questions, les scientifiques ont dû fabriquer des photons avec des fréquences différentes pour former deux faisceaux de lumière se déplaçant ensemble en parallèle. Pour obtenir cet effet, les cristaux de niobate de lithium qui sont souvent utilisés dans de telles expériences devaient être cultivés avec une certaine structure avec un réseau de domaines non périodiques supplémentaire pré-calculé.

Au cours de l'expérimentation, les scientifiques ont fait un peu caler l'un des deux faisceaux de photons enchevêtrés, et voyager le long d'un chemin auxiliaire. Puis, les deux faisceaux ont atteint le deuxième cristal, le niobate de lithium habituel. "Dans ce cristal, la sommation des fréquences a eu lieu. Si les faisceaux arrivent en synchronisation, c'est plus efficace que dans les autres cas, " a déclaré Prudkovskii. " En conséquence, nous obtenons un pic étroit dans le signal de fréquence résumé. Sa largeur est de 90 femtosecondes (10 ^-15 seconde), et c'est notre principale réalisation.

Ainsi, les scientifiques ont réussi à enregistrer expérimentalement le plus petit décalage possible entre des faisceaux jumeaux de photons intriqués pouvant être observés par des appareils de mesure. Selon l'équipe, il est possible de réduire encore cette valeur, mais pour le faire, le schéma de l'expérience serait plus complexe. "À l'heure actuelle, 90 femtosecondes est une valeur record, mais il peut être réduit, et nous savons comment, " a expliqué Prudkovskii. Il dit que la période d'onde d'émission laser n'est que de quelques femtosecondes, il est donc possible de réduire la durée d'un tel délai à une dizaine environ.

Les résultats de l'étude peuvent être utilisés pour le développement de canaux de communication cryptés protégés contre les interruptions ou les bugs. Si un criminel essaie d'intercepter un faisceau de photons intriqués, ils devraient le bloquer pendant un certain temps, et le retard serait remarqué. De plus, l'enregistrement d'un retard dans deux faisceaux intriqués quantiques peut être utilisé pour détecter des mélanges mineurs dans des substances.