גלי אור כמו שלא היו מעולם: מדענים חושפים זיהוי קוונטי אופטי פורץ דרך

חוקרים מאוניברסיטת פדרבורן השתמשו בשיטה חדשה כדי לקבוע את המאפיינים של מצבים קוונטיים אופטיים, כלומר מבוססי אור. בפעם הראשונה, הם משתמשים מסוימים פוטון גלאים – מכשירים שיכולים לזהות חלקיקי אור בודדים – עבור מה שנקרא זיהוי הומודיין.

היכולת לאפיין מצבים קוונטיים אופטיים הופכת את השיטה לכלי חיוני לעיבוד מידע קוונטי. ידע מדויק של המאפיינים חשוב לשימוש במחשבים קוונטיים, למשל. התוצאות פורסמו כעת בכתב העת המומחה Optica Quantum.

"זיהוי הומודין הוא שיטה המשמשת לעתים קרובות באופטיקה קוונטית כדי לחקור את האופי דמוי הגל של מצבי קוונטים אופטיים", מסביר טימון שפלר מקבוצת העבודה של אופטיקה קוונטית מזוסקופית של Paderborn במחלקה לפיזיקה. יחד עם ד"ר מקסימיליאן פרוטה, הוא השתמש בשיטה כדי לחקור את מה שנקרא משתנים רציפים של מצבי קוונטים אופטיים. זה כרוך בתכונות המשתנות של גלי אור. אלה יכולים להיות, למשל, המשרעת או הפאזה, כלומר התנהגות התנודה של גלים, שחשובים בין היתר למניפולציה ממוקדת של האור.

פריצת דרך בזיהוי פוטון

בפעם הראשונה, הפיזיקאים השתמשו בגלאי ננו-חוטי פוטון בודדים מוליכים-על לצורך המדידות – כיום המכשירים המהירים ביותר לספירת פוטון. עם מערך הניסוי המיוחד שלהם, שני המדענים הראו שלגלאי הומודיין עם גלאי פוטון בודדים מוליכים-על יש תגובה ליניארית לשטף הפוטון המבוא. בתרגום, זה אומר שהאות הנמדד פרופורציונלי לאות הכניסה.

"באופן עקרוני, האינטגרציה של גלאי-פוטון בודדים מוליכים-על מביאה יתרונות רבים בתחום המשתנים המתמשכים, לא כל שכן יציבות הפאזה הפנימית. למערכות אלו יש גם כמעט 100 אחוז יעילות זיהוי על-שבב. המשמעות היא שחלקיקים לא הולכים לאיבוד במהלך הזיהוי. התוצאות שלנו יכולות לאפשר פיתוח של גלאי הומודיין יעילים ביותר עם גלאים רגישים לפוטון בודד", אומר שפלר.

עבודה עם משתנים מתמשכים של אור פותחת אפשרויות חדשות ומרגשות בעיבוד מידע קוונטי מעבר לקיוביטים, יחידות המחשוב הרגילות של מחשבים קוונטיים.