Forskare vid Oxford University har utvecklat en metod för att generera den kortaste enfotonpulsen någonsin genom att ta bort interferensen från kvantintrassling. Så hur stora är dessa små rekordbrytare? De är 20 mikron långa (eller 0,00002 meter), med en period på 65 femtosekunder (65 miljondelar av en miljarddels sekund). Detta experiment slår det tidigare rekordet för den kortaste enfotonpulsen; Oxford-fotonen är 50 gånger kortare. Även om det här låter ganska coolt, vad handlar allt väsen om? Hur kan dessa små elektromagnetiska vågpartiklar vara till någon nytta? Med två ord:kvantberäkning. Och med ytterligare tre ord:kvantsatellitkommunikation...
Quantum intrassling är en svår situation att sätta ord på. I ett nötskal: Om en foton absorberas av en typ av material kan två fotoner återutsändas. Dessa två fotoner har lägre energi än den ursprungliga fotonen, men de emitteras från samma källa och därförintrasslad. Detta intrasslade par är oupplösligt sammanlänkade; oavsett avståndet de är åtskilda. Skulle kvanttillståndet för den ena förändras kommer den andre att uppleva den förändringen. I teorin, oavsett hur långt bort dessa fotoner är separerade, kommer kvantförändringen av den ena att kommuniceras till den andraomedelbart. Einstein kallade detta kvantfenomen 'läskig action på avstånd” och trodde inte att det var möjligt, men experimentet har visat motsatsen.
Så, i en nyligen publicerad , Oxford-gruppen försöker ta bort det intrasslade tillståndet hos fotoner, det här experimentet handlar inte om att använda denna 'läskiga handling', det är att bli av med den. Detta för att ta bort störningar som orsakas när en av fotonparet detekteras. När en av tvillingarna detekteras förändras den andras kvanttillstånd, vilket förorenar signalen. Om denna effekt kan tas bort kan mycket korta 'rena' fotoner genereras, vilket förebådar en ny fas av kvantberäkning. Om forskare har mycket bestämda, identiska enstaka fotoner till sitt förfogande, kan mycket exakt information överföras utan störningar från kvantfysikens egendomliga natur.
'Vår teknik minimerar effekterna av denna intrassling, vilket gör det möjligt för oss att förbereda enstaka fotoner som är extremt konsekventa och, såvitt vi vet, har den kortaste varaktigheten av någon foton som någonsin genererats. Detta är inte bara en fascinerande insikt i fundamental fysik utan den exakta timingen och konsekventa attributen hos dessa fotoner gör dem också perfekta för att bygga fotoniska kvantlogiska portar och utföra experiment som kräver ett stort antal enstaka fotoner.” – Peter Mosley, medutredare, Oxford University.
Oxford University-bloggen som rapporterar den här nyheten belyser hur användbara dessa regimenterade fotoner kommer att vara för kvantberäkning, kvantkommunikation i rymden kan också vara en stor välgörare. Föreställ dig att skicka pulser av kvantidentiska fotoner genom rymden, till satelliter först, senare genom det interplanetära rymden. Rymdforskare kommer att ha en extremt kraftfull resurs så att data kan skickas genom vakuumet, krypterad i ett litet antal fotoner, otydlig till allt annat än dess destination...