Φυσικοί του Πανεπιστημίου του Τβέντε βελτίωσαν ένα από τα βασικά τεστ για την ποιότητα μεμονωμένων φωτονίων. Αντί να εξετάζουν δύο φωτόνια κάθε φορά, επέτρεψαν σε τρία φωτόνια να συμβάλλουν ταυτόχρονα, αντλώντας περισσότερη πληροφορία από κάθε μέτρηση.
Το πείραμα ξεπερνά σε απόδοση ακόμη και μια ιδανική, απαλλαγμένη από θόρυβο εκτέλεση της παλαιότερης μεθόδου. Η εργασία δημοσιεύθηκε στο Physical Review Letters.
Οι κβαντικές τεχνολογίες που βασίζονται στο φως απαιτούν φωτόνια όσο το δυνατόν πιο όμοια μεταξύ τους. Από το 1987, οι ερευνητές χρησιμοποιούν για τον έλεγχο αυτό το πείραμα Hong-Ou-Mandel, όπου δύο φωτόνια συναντώνται σε έναν διαχωριστή δέσμης. Όταν είναι απολύτως δυσδιάκριτα, εξέρχονται μαζί.
«Το Hong-Ou-Mandel είναι ένα από τα πρώτα πειράματα που μαθαίνεις στην κβαντική οπτική», αναφέρει ο Stefan van den Hoven, πρώτος συγγραφέας της μελέτης.
Τρία φωτόνια αντί για δύο
Για έναν φωτονικό κβαντικό υπολογιστή, όμως, πρέπει να ελεγχθούν εκατοντάδες φωτόνια. Η παλιά μέθοδος συγκρίνει δύο κάθε φορά, με αποτέλεσμα ο αριθμός των απαιτούμενων ζευγών να αυξάνεται γρήγορα.
Οι ερευνητές πρόσθεσαν έναν δεύτερο διαχωριστή δέσμης πίσω από τον πρώτο, επιτρέποντας σε ένα τρίτο φωτόνιο να συμμετέχει στην παρεμβολή. Κάθε μέτρηση παρέχει έτσι περισσότερα στοιχεία για το πόσο καλά ταιριάζουν τα φωτόνια μεταξύ τους. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα, απαιτούνται περίπου 20% λιγότερες επαναλήψεις για την ίδια ακρίβεια.
Μια μέθοδος που αντέχει στις απώλειες
Η προσθήκη τρίτου φωτονίου αυξάνει θεωρητικά τον κίνδυνο απώλειας. Ωστόσο, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι το σύστημα παραμένει χρήσιμο ακόμη και σε αυτή την περίπτωση. Αν χαθεί ένα φωτόνιο, τα δύο που απομένουν πραγματοποιούν ουσιαστικά την καθιερωμένη μέτρηση δύο φωτονίων.
Με βάση τη μήτρα πληροφορίας Fisher, οι ερευνητές απέδειξαν ότι η συγκεκριμένη διάταξη είναι βέλτιστη για τρία φωτόνια. Η προσέγγιση μπορεί να επεκταθεί σε τέσσερα ή πέντε φωτόνια, αν και δεν έχει ακόμη αποδειχθεί ότι παραμένει η καλύτερη επιλογή.
Η τεχνική θα μπορούσε αρχικά να χρησιμοποιηθεί ως εργαλείο βαθμονόμησης σε εργαστήρια κβαντικής οπτικής και, μελλοντικά, ως ενσωματωμένο σύστημα ελέγχου σε μεγάλης κλίμακας φωτονικούς κβαντικούς υπολογιστές.