Un team internazionale di scienziati ha dimostrato per la prima volta la capacità di manipolare e identificare piccole quantità di fotoni (pacchetti di energia luminosa o “quantum di luce”) che interagiscono con una forte correlazione. I laser si basano sull’emissione di luce stimolata che coinvolge un gran numero di fotoni, ma questo risultato senza precedenti ha permesso l’emissione stimolata di singoli fotoni e potrebbe rappresentare una pietra miliare nello sviluppo delle tecnologie quantistiche.
Interazioni tra fotoni
I ricercatori sono riusciti a misurare il ritardo diretto tra un fotone e una coppia di fotoni uniti. “Il dispositivo che abbiamo costruito ha indotto interazioni così forti tra i fotoni che abbiamo potuto osservare la differenza tra un fotone che interagiva con esso rispetto a due“, ha spiegato Natasha Tomm dell’Università di Basilea (Svizzera), una delle autrici principali dello studio. “Abbiamo osservato che un fotone è stato ritardato più a lungo rispetto a due fotoni. Con questa interazione fotone-fotone veramente forte, i due fotoni si intrecciano nella forma di ciò che viene chiamato uno stato legato di due fotoni”, ha indicato.
“Questo esperimento è bellissimo, non solo perché convalida un effetto fondamentale, l’emissione stimolata, al suo massimo limite, ma rappresenta anche un grande passo tecnologico verso applicazioni avanzate”, ha aggiunto. La ricerca è stata pubblicata martedì su Nature Physics.
Luce quantistica
“Questo apre la porta alla manipolazione di ciò che possiamo chiamare ‘luce quantistica’”, ha commentato Sahand Mahmoodian dell’Università di Sydney (Australia), l’altro autore principale della ricerca. “Dimostrando che possiamo identificare e manipolare stati uniti a fotoni, abbiamo fatto un primo passo fondamentale per sfruttare la luce quantistica per un uso pratico“, ha sottolineato. “Questa scienza fondamentale apre la strada per progressi nelle tecniche di misurazione migliorata quantisticamente e nella computazione quantistica fotonica“, ha aggiunto.
Interferometri
Gli interferometri utilizzano la luce per misurare piccoli cambiamenti nella distanza e il loro limite di sensibilità è legato al numero medio di fotoni nel dispositivo di misurazione. Per la luce laser classica, questo è diverso dalla luce quantistica. Con la luce quantistica si possono effettuare misurazioni più sensibili con una migliore risoluzione utilizzando meno fotoni. Questo può essere importante per applicazioni in microscopia biologica, quando grandi intensità di luce possono danneggiare i campioni e dove le caratteristiche da osservare sono particolarmente piccole.
“I prossimi passi nella mia ricerca sono vedere come questo approccio può essere utilizzato per generare stati di luce che siano utili per la computazione quantistica tollerante ai guasti, che stanno cercando le aziende multimiliardarie come PsiQuantum e Xanadu“, ha espresso Mahmoodian.