Измеряя их помехи на светоделителе с помощью выборочных измерений с частотным разрешением, команда показала, что в рамках современных технологий может быть достигнута беспрецедентная точность с погрешностью в оценке, которую можно дополнительно уменьшить за счет уменьшения временной полосы пропускания фотонов.

Этот прорыв имеет значительные последствия для целого ряда приложений, включая более реалистичную визуализацию наноструктур, включая биологические образцы, и поверхностей наноматериалов, а также квантово-улучшенную оценку на основе выборки бозонов с частотным разрешением в оптических сетях.

Исследование было проведено группой ученых из Портсмутского университета во главе с доктором Винченцо Таммой, директором Университетского центра квантовой науки и технологий.

Доктор Тамма сказал: "Наш метод использует квантовую интерференцию, возникающую, когда два одиночных фотона, падающих на две грани светоделителя, неразличимы при измерении в выходных каналах светоделителя. Если перед попаданием на светоделитель один фотон задерживается во времени относительно другого, проходя через образец или отражаясь от него, можно в режиме реального времени получить значение такой задержки и, следовательно, структуру образца, исследуя квантовую интерференцию фотонов на выходе из светоделителя.

"Мы показали, что наилучшая точность измерения временной задержки достигается при разрешении такой двухфотонной интерференции с помощью выборочных измерений двух фотонов на их частотах. Действительно, это гарантирует, что два фотона остаются полностью неразличимыми на детекторах, независимо от их задержки при любом значении их дискретизированных частот, обнаруженных на выходе."

Команда предложила использовать двухфотонный интерферометр для измерения интерференции двух фотонов в светоделителе. Затем они внедрили метод, основанный на измерениях дискретизации с частотным разрешением, чтобы оценить временную задержку между двумя фотонами с максимально возможной точностью, допускаемой природой, и с возрастающей чувствительностью при уменьшении временной полосы пропускания фотонов.

Доктор Тамма добавил: "Наш метод преодолевает ограничения предыдущих методов двухфотонной интерференции, которые не позволяли извлекать информацию о фотонных частотах в процессе измерения.

"Это позволяет нам использовать фотоны минимально возможной экспериментально длительности, не влияя на различимость фотонов с временной задержкой на детекторах и, следовательно, максимизируя точность оценки задержки при значительном сокращении числа требуемых пар фотонов. Это позволяет относительно быстро и эффективно охарактеризовать данный образец, прокладывая путь к применению в биологии и наноинженерии".

Применение этого прорывного исследования имеет большое значение. Он обладает потенциалом для значительного улучшения визуализации наноструктур, включая биологические образцы, и поверхностей наноматериалов. Кроме того, это могло бы привести к квантово-улучшенной оценке, основанной на выборке бозонов с частотным разрешением в оптических сетях.