efecto Hong-Ou-Mandelefecto
Descubierto en 1987 por Chung Ki Hong, Zhe-Yu Ou y Leonard Mandel, este efecto mostró un extraño comportamiento cuántico: dos fotones idénticos, al encontrarse en un divisor de haz, siempre permanecen juntos. Un divisor de haz es como un espejo semitransparente que refleja la mitad de la luz y transmite la otra mitad. Desde un punto de vista clásico, a veces los fotones deberían ir a detectores diferentes, pero en el mundo cuántico la interferencia de amplitudes de probabilidad elimina por completo ese resultado. Es una demostración vívida de que los fotones son partículas indistinguibles que obedecen la estadística de Bose-Einstein, que favorece que ocupen el mismo estado. El experimento original utilizó conversión paramétrica descendente espontánea para crear pares de fotones y reveló una profunda caída en el recuento de coincidencias.
How it works
El efecto se manifiesta en experimentos con fuentes de fotones individuales. Por ejemplo, si se dirigen dos fotones de tales fuentes a un divisor de haz (espejo semitransparente), los detectores en las salidas nunca se activarán simultáneamente cuando los fotones son perfectamente idénticos. Esto se utiliza para comprobar el grado de indistinguibilidad de los fotones y en comunicaciones cuánticas para garantizar la seguridad.
💡 El «valle de Hong-Ou-Mandel» es tan sensible que permite medir retrasos de apenas unos femtosegundos (millonésimas de una milmillonésima de segundo), convirtiéndolo en una herramienta de sincronización ultrarrápida.
|1,1\rangle \xrightarrow{BS} \frac{1}{\sqrt{2}}(|2,0\rangle - |0,2\rangle)
|1,1⟩ es el estado inicial con un fotón en cada una de las dos entradas; BS es el divisor de haz 50:50; |2,0⟩ y |0,2⟩ son estados con dos fotones en la primera o segunda salida. Esta superposición significa que los fotones siempre terminan juntos, pero en cuál salida exactamente es aleatorio.
P_{coin}(\tau) = \frac{1}{2}\left[1 - e^{-\frac{(\Delta\omega \tau)^2}{2}}\right]
P_{coin} es la probabilidad de que dos detectores se activen simultáneamente (coincidencias); \tau es el retardo temporal entre la llegada de los fotones al divisor de haz; \Delta\omega es el ancho de banda de frecuencias de los fotones (caracteriza su pureza espectral). Con \tau=0 e indistinguibilidad ideal, P_{coin}=0.