Odebírání fotonů z fotonových párů zvýší jejich neklasičnost

Skupina kvantové a nelineární optiky ve SLO UP a FZÚ AV ČR se dlouhodobě zabývá svazky fotonových párů (twin beams), které jsou už řadu let důležitým nástrojem kvantové optiky, protože vykazují kvantové korelace a kvantovou provázanost (entanglement). Za experimenty s provázanými fotony získali A. Aspect, J. Clauser a A. Zeilinger v roce 2022 Nobelovu cenu za fyziku. Kvantové korelace způsobují, že výsledky měření vlastností párových fotonů nejsou nezávislé, ale jsou spolu svázány na dálku poutem, pro které nemáme analogii v klasické fyzice. Takovým stavům světla proto říkáme, že jsou neklasické.

Míra této neklasičnosti přitom přímo souvisí s použitelností párových fotonů pro moderní kvantové technologie. Proto je značná pozornost věnována tomu, abychom neklasičnost kvantových stavů světla mohli měřit a regulovat. Tým SLO UP a FZÚ AV ČR se zaměřuje na kvantové korelace v počtech fotonů v párových svazcích a vyvinul řadu nástrojů, jak ve svazcích obsahujících jednotky až desítky fotonových párů odhalit a kvantifikovat jejich neklasické vlastnosti.

V nedávném experimentu pak tým SLO ukázal, že odebrání několika fotonů z jednoho nebo obou svazků korelovaných fotonových párů má významný vliv na jejich neklasičnost. I když se takovým zásahem sníží kvantová provázanost mezi korelovanými svazky fotonů navzájem (ale bude stále neklasická), dojde k výraznému snížení šumu v každém ze svazků až do té míry, že se i oba svazky stanou neklasickými (budou mít nižší míru šumu, než připouští klasická fyzika). Vznikají tak fotonové svazky se zcela novým typem neklasického chování.

Výzkum byl proveden společným úsilím vědců z Univerzity Palackého a Fyzikálního ústavu AV ČR a výsledky byly publikovány v časopise Physical Review Research [Thapliyal2024].

[Thapliyal2024] Kishore Thapliyal, Jan Peřina, Jr., Ondřej Haderka, Václav Michálek, and Radek Machulka: Experimental characterization of multimode photon-subtracted twin beams, Phys. Rev. Research (2024) 6, 013065.