Sorbonne Üniversitesi Paris Nanobilim Enstitüsü’ndeki araştırmacılar, görüntüleri foton çiftlerinin kuantum korelasyonlarına kodlamak için yeni bir yol yaratarak onları geleneksel görüntüleme araçları için opak hale getirdi. Çalışma Physical Review Letters dergisinde yayımlandı.
Dolanık foton, kuantum hesaplama ve kriptografi gibi kuantum fotonik uygulamalarında önemli bir rol oynuyor. Bu fotonlar, spontane parametrik aşağı dönüşüm (SPDC) olarak bilinen bir mekanizma kullanılarak doğrusal olmayan bir kristal içinde oluşturulabilir. SPDC, yüksek enerjili (mavi) bir pompa lazerinden gelen tek bir fotonu daha düşük enerjili (kızılötesi) iki dolaşık fotona dönüştürür.
Bazı uygulamalar bu fotonlar arasında özel kuantum korelasyonları ve bunlar üzerinde dikkatli bir kontrol gerektirir. Bu kontrol, pompa lazerinin özelliklerini, özellikle de uzamsal şeklini değiştirerek gerçekleştirilebilir. Bu potansiyeli araştırmak için Sorbonne Üniversitesi Paris Nanobilim Enstitüsü’ndeki araştırmacılar, dolaşık fotonların uzamsal korelasyonlarını belirli bir öğenin şeklinde yapılandırmak için bir mekanizma önerdiler.
Deney, kodlanacak nesnenin kristalin önünde yer alan bir merceğin nesne düzlemine yerleştirilmesini ve ardından ikinci bir mercekle kameraya görüntülenmesini gerektirmekte (şekil 1a). Kristal olmadan bu konfigürasyon geleneksel bir “iki lensli görüntüleme sistemi”dir. Kamerada nesnenin yoğunluklu (ters çevrilmiş) bir görüntüsünü görmeyi bekleriz. Ancak kristalin varlığında SPDC gerçekleşir ve kızılötesinde dolaşık foton çiftleri ortaya çıkar.
Bir spektrum filtresi yalnızca bu çiftleri seçerse, çok sayıda foton biriktirdikten sonra kamerada elde edilen yoğunluk tekdüze görünür ve nesne hakkında hiçbir bilgi sunmaz (şekil 1b). Nesnenin görüntüsü ancak dolanık foton çiftleri arasındaki uzamsal korelasyonlardan yeniden oluşturulduğunda geri döner (şekil 1c), bu da her fotonun dolanık ikizine göre konumunun belirlenmesini gerektirir.
Böyle bir görüntüyü yeniden oluşturmak için, tek fotona duyarlı bir kameranın yanı sıra her çekimde foton çakışmalarını tanımlamak ve uzamsal korelasyonları çıkarmak için özel algoritmalar gereklidir. Başlangıçta mavi lazer ışını tarafından aktarılan nesnenin görüntüsü daha sonra foton çiftlerinin uzamsal korelasyonlarına dönüştürülür.
Doktora öğrencisi ve çalışmanın ilk yazarı Chloé Vernière’e göre, “Işını olağan şekilde gözlemlersek, bir görüntü oluşturmak için fotonları tek tek sayarsak, hiçbir bilgi olmadığı izlenimini ediniriz. Ancak, fotonların eşzamanlı gelişine odaklanır ve uzamsal olarak nasıl dağıldıklarını incelersek, bir model ortaya çıkıyor.”
Chloé’nin tez danışmanı ve çalışmanın son yazarı Hugo Defienne ise şunları ekliyor: “Işığın çok az kullanılan bir serbestlik derecesinden, yani fotonlar arasındaki uzamsal korelasyonlardan, üzerine görüntü bastığımız bir tuval olarak gerçekten yararlanıyoruz. Şimdi bu görüntüleme desteğini kriptografik sistemler ya da saçılma ortamlarında görüntüler oluşturmak için kullanmayı planlıyoruz.”
Bu yaklaşımın çok yönlülüğü ve deneysel basitliği, kuantum iletişimi ve kriptografi gibi sektörlerde yeni görüntüleme protokollerinin ve uygulamalarının oluşturulmasına olanak sağlayabilir. Kristalin özellikleri üzerinde çalışmak, potansiyel olarak tek bir foton demetinde birkaç görüntünün kodlanmasına izin verebilir. Bu görüntüler, kameranın farklı optik düzlemlere kaydırılmasıyla ortaya çıkarılabilir ve böylece daha fazla bilginin kodlanmasına olanak sağlanabilir.
Foton ve Fotonların Özellikleriyle İlgili Bu Derlemelerimizi de İnceleyebilirsiniz;
Haberin kaynağı: phys.org/news/2024-09-entangled-photon-pairs-enable-hidden.html
Derleyen: Erdem Gözay
