¿Puedes ver el gato?
Resultados experimentales, imagen de las correlaciones
© Chloé Vernière y Hugo Defienne.
Los fotones entrelazados están en el corazón de muchas aplicaciones de la fotónica cuántica, como el cálculo o la criptografía. Dichos fotones pueden ser creados mediante conversión paramétrica espontánea (SPDC) en un cristal no lineal, proceso durante el cual un fotón de un láser de excitación de alta energía (azul) se convierte en dos fotones entrelazados de menor energía (infrarrojo).
Algunas aplicaciones requieren correlaciones cuánticas específicas entre los fotones, lo que hace que su control sea esencial. Para lograrlo, se pueden modificar, por ejemplo, las propiedades de la excitación láser, en particular la forma espacial del haz.
Explorando esta posibilidad, científicos del Instituto de Nanociencias de París (INSP, CNRS / Sorbonne Université) proponen un método que permite modelar las correlaciones espaciales entre fotones entrelazados en la forma de un perfil bidimensional dado. El experimento consiste en colocar la forma a codificar en el plano objeto de una lente situada antes del cristal y obtener su imagen usando una segunda lente en la cámara (Figura a).
En ausencia de un cristal, el sistema es análogo a un sistema de imagen convencional de dos lentes: uno espera observar en la cámara una imagen de intensidad (invertida) del objeto. En presencia del cristal, sin embargo, la SPDC produce pares de fotones entrelazados en el infrarrojo. Si se seleccionan únicamente estos pares con la ayuda de un filtro espectral, la intensidad obtenida en la cámara es homogénea y no revela ninguna información sobre la forma (Figura b).
La imagen solo reaparece si se reconstruye a partir de las correlaciones espaciales entre los pares de fotones (Figura c), es decir, detectando las posiciones de cada fotón en relación con las de sus gemelos.
Figura: Resultados experimentales.
a, Dispositivo experimental.
b, Imagen de intensidad en la cámara.
c, Imagen de las correlaciones.
La imagen de intensidad no revela ninguna información sobre el objeto presente, que sin embargo se puede ver en la imagen de correlación.
© Chloé Vernière y Hugo Defienne.
Para reconstruir dicha imagen, es necesario usar una cámara muy sensible a la luz, así como algoritmos personalizados para identificar las coincidencias de fotones en cada adquisición y extraer las correlaciones espaciales. La imagen del objeto, transmitida inicialmente por el haz láser azul, ha sido transferida a las correlaciones espaciales de los pares de fotones. Esto la hace invisible en una medición de intensidad clásica (es decir, cuando se toma una fotografía), pero aparece durante una medición de correlaciones.
Gracias a su flexibilidad y simplicidad experimental, este enfoque podría permitir el desarrollo de nuevos protocolos de imagen y encontrar aplicaciones en áreas como la comunicación y la criptografía cuántica. Trabajando sobre las propiedades del cristal, incluso sería posible codificar varias imágenes en un mismo haz de pares de fotones, visibles al desplazar la cámara en diferentes planos ópticos, y así codificar más información. Este estudio está publicado en Physical Review Letters.
Referencia:
Hiding images in quantum correlations, Chloé Vernière y Hugo Defienne, Physical Review Letters, publicado el 29 de agosto de 2024.
Doi: 10.1103/PhysRevLett.133.093601
Archivo abierto: arXiv