Квантовая камера видит невидимые связи частиц ⚡ экспресс
Продемонстрировано детектирование пространственных совместных вероятностных распределений бифотонов (запутанных пар), генерируемых спонтанным параметрическим рассеянием, в плоскости изображения и в зрачковой плоскости (ближнее и дальнее поле) с помощью стандартной sCMOS-камеры, работающей в линейном режиме. Измерения проводились на мезоскопических уровнях освещённости, примерно на четыре порядка превышающих типичный режим счёта отдельных фотонов. Из корреляций между изображениями в ближнем и дальнем поле выявлены позиционные и импульсные зависимости, согласующиеся с критерием ЭПР-запутанности. Разработанный корреляционный анализ подавляет артефакты детектора и колебания интенсивности, позволяя обходиться значительно меньшим числом кадров. Результаты доказывают эффективность методов пространственно-запутанной визуализации с повсеместно доступным лабораторным оборудованием, выводя квантовую оптику за пределы низкофотонного режима.
Запутанные фотоны подобны близнецам: воздействие на один мгновенно сказывается на другом, даже если их разделяют километры. До недавнего времени наблюдать такую связь можно было лишь с помощью детекторов, считающих каждый фотон поодиночке в полной темноте. Физики упростили задачу, заменив их обычной научной камерой.
Камера работала при освещении, которое для прежних детекторов было бы ослепительным — будто от ночного видения перешли к солнечному дню. Учёные сняли целые группы запутанных пар и применили алгоритм, чтобы вычесть шум матрицы. При этом камера не требовала охлаждения, что раньше считалось обязательным для квантовых опытов. Оказалось, что близнецы появляются в строго согласованных точках, а траектории их движения идеально совпадают.
Этот подход к фотометрии (измерению света) открывает дорогу дешёвым квантовым приборам. Все фотоны несутся со скоростью света, а их связь ломает привычные представления о энтропии (мере беспорядка) в рамках Стандартной модели — лучшей теории микромира. Идеи Эйнштейна, Шрёдингера и опыты Алена Аспе воплощаются в реальные устройства.
🎯 Занятный факт: самая дальняя запутанность фотонов была продемонстрирована между спутником и Землёй на расстоянии 1200 км.
🎬 В фантастических романах запутанные частицы позволяют общаться быстрее света, например, в «Игре Эндера» Орсона Скотта Карда.