Bifotonová digitální holografie Kredit: Zia et al. (2023), Nature Photonics.

V poslední době se objevuje stále více pozoruhodných aplikací kvantové mechaniky. Jejich rozvoj zároveň vyžaduje rozsáhlé znalosti a pochopení kvantových systémů. To ale není tak snadné získat. Tým kanadských a italských odborníků nedávno vyvinul nový postup, který umožňuje vizualizovat vlnovou funkci dvou kvantově entanglovaných (provázaných) fotonů v reálném čase.

Zcela vlevo Alessio D’Errico. Kredit: University of Ottawa.

Popsat vlnovou funkci takového systému je tvrdý oříšek. Používá se k tomu takzvaná kvantová tomografie, která ovšem v plném rozsahu vyžaduje velký počet měření, rychle narůstající se složitostí systému. Dřívější výzkum ukázal, že měření vícerozměrného kvantového stavu páru entanglovaných fotonů zabere celé hodiny nebo i dny.

Logo. Kredit: University of Ottawa.

Výsledek takového postupu je navíc velmi citlivý na šum a závisí na složitosti uspořádání experimentu.

Alessio D’Errico z kanadské University of Ottawa a jeho kolegové použili jinou metodu, která vychází z digitální holografie. Ta je založena na jediném snímku, interferogramu, který vznikne díky světlu rozptýlenému studovaným objektem. Badatelé upravili tento koncept pro dvojici entanglovaných fotonů a vyvinuli bifotonovou digitální holografii.

Jde o zobrazení a následnou analýzu prostorového rozložení interference dvojice fotonů, které dorazí současně. Z výsledné interference je možné rekonstruovat vlnovou funkci dotyčné dvojice fotonů. Provedení tohoto experimentu bylo možné díky pokročilé kameře, která snímala probíhající události s časovým rozlišením v nanosekundách na každý pixel.

D’Errico zdůrazňuje, že jejich postup je mnohem rychlejší než dosavadní metody. Namísto dnů stačí jen minuty nebo i sekundy měření. Zásadní je i to, že detekční čas není ovlivněný složitostí experimentálního systému. Výsledky výzkumu by se mohly záhy projevit i v praktických aplikacích a urychlit pokrok ve kvantových technologiích, včetně kvantové komunikace nebo technologií kvantového zobrazování.

Literatura

University of Ottawa 21. 8. 2023.

Nature Photonics online 14. 8. 2023.