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Uma equipe de pesquisadores demonstrou a sensibilidade máxima permitida pela física quântica na medição do atraso de tempo entre dois fótons.
Ao medir sua interferência em um divisor de feixe por meio de medições de amostragem com resolução de frequência, a equipe mostrou que uma precisão sem precedentes pode ser alcançada dentro da tecnologia atual com um erro na estimativa que pode ser reduzido ainda mais diminuindo a largura de banda temporal fotônica.
Esse avanço tem implicações significativas para uma variedade de aplicações, incluindo imagens mais viáveis de nanoestruturas, incluindo amostras biológicas e superfícies de nanomateriais, bem como estimativa quântica aprimorada com base na amostragem de bósons resolvida em frequência em redes ópticas.
A pesquisa foi conduzida por uma equipe de cientistas da Universidade de Portsmouth, liderada pelo Dr. Vincenzo Tamma, diretor do Centro de Ciência e Tecnologia Quântica da Universidade.
Tamma disse: “Nossa técnica explora a interferência quântica que ocorre quando dois fótons únicos colidem com as duas faces de um divisor de feixe e são indistinguíveis quando medidos nos canais de saída do divisor de feixe. Se, antes de colidir com o divisor de feixe, um fóton é atrasado no tempo em relação ao outro, passando ou sendo refletido pela amostra, pode-se recuperar em tempo real o valor desse atraso e, portanto, a estrutura da amostra, sondando a interferência quântica dos fótons na saída do feixe divisor.
“Mostramos que a melhor precisão na medição do atraso de tempo é alcançada ao resolver essa interferência de dois fótons com medições de amostragem dos dois fótons em suas frequências. De fato, isso garante que os dois fótons permaneçam completamente indistinguíveis nos detectores, independentemente de seu atraso em qualquer valor de suas frequências amostradas detectadas na saída.”
A equipe propôs o uso de um interferômetro de dois fótons para medir a interferência de dois fótons em um divisor de feixe. Eles então introduziram uma técnica baseada em medições de amostragem de resolução de frequência para estimar o atraso de tempo entre os dois fótons com a melhor precisão possível permitida pela natureza e com uma sensibilidade crescente na diminuição da largura de banda temporal fotônica.
Tamma acrescentou: “Nossa técnica supera as limitações das técnicas anteriores de interferência de dois fótons, não recuperando as informações sobre as frequências fotônicas no processo de medição.
“Ele nos permite empregar fótons com a menor duração possível experimentalmente sem afetar a distinguibilidade dos fótons com atraso de tempo nos detectores e, portanto, maximizando a precisão da estimativa de atraso com uma notável redução no número de pares de fótons necessários. Isso permite uma caracterização relativamente rápida e eficiente da amostra em questão, abrindo caminho para aplicações em biologia e nanoengenharia.”
As aplicações desta pesquisa inovadora são significativas. Tem o potencial de melhorar significativamente a imagem de nanoestruturas, incluindo amostras biológicas e superfícies de nanomateriais. Além disso, pode levar a estimativas aprimoradas quânticas com base na amostragem de bósons resolvida em frequência em redes ópticas.
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