Συμπιεσμένα φωτόνια μετατρέπονται σε υψηλής συχνότητας φως με πολλές χρησιμότητες

Στη μη-γραμμική οπτική μπορεί να ενισχυθεί η συχνότητα του εισερχόμενου φωτός, συνήθως, μόνο όταν το φως είναι έντονο.

Τώρα για πρώτη φορά, μια ομάδα απέδειξε τη μετατροπή μιας αδύναμης πηγής φωτονίων σε μια κβαντική «συμπιεσμένη» κατάσταση. Οι συγγραφείς αναφέρουν στο άρθρο τους, στο Physical Review Letters, ότι η υψηλής συχνότητας εξερχόμενη δέσμη διατηρεί σε μεγάλο βαθμό την αρχική κβαντική συσχέτιση μεταξύ των ζευγών φωτονίων, καθιστώντας την τεχνική ενδιαφέρουσα για την κβαντική μετρολογία και την κβαντική επικοινωνία.
Η μετατροπή της συχνότητας έχει τη δυνατότητα να βελτιώσει την ικανότητα της χωρικής ανάλυσης στην απεικόνιση και στη φωτολιθογραφία, που και οι δυο περιορίζονται από το μήκος κύματος του φωτός. Η πιο κοινή τεχνική είναι ο διπλασιασμός της συχνότητας, κατά την οποία δύο φωτόνια από την ίδια πηγή συνδυάζονται σε ένα μη γραμμικό κρύσταλλο για να παράγουν ένα φωτόνιο με διπλάσια συχνότητα. Οι κβαντικές καταστάσεις μπορεί να μετατρέπονται με αυτόν τον τρόπο, όσο η πηγή φωτίζει. Πολλές κβαντικές εφαρμογές, ωστόσο, απαιτούν λιγότερο φως για να αποφευχθούν φαινόμενα σκέδασης.

Στο Ινστιτούτο Albert Einstein στη Γερμανία, έχουν καταφέρει την κβαντική μετατροπή μιας αδύναμης πηγής, η οποία σε αυτή την περίπτωση συνίσταται από συμπιεσμένες καταστάσεις κενού. Η συμπίεση, στη προκειμένη περίπτωση, αναφέρεται στη μείωση του θορύβου (ή του αριθμού των διακυμάνσεων) σε μια δέσμη από συσχετιζόμενα ζεύγη φωτονίων της περιοχής του υπέρυθρου (των 1550 nm). Αυτή η συμπιεσμένη δέσμη συνδυάζεται με μια δέσμη-αντλία (των 810 nm) σε μια κοιλότητα κάτοπτρο που περιέχει ένα μη γραμμικό κρύσταλλο. Εξαιτίας της υψηλής έντασης της αντλίας τα συμπιεσμένα φωτόνια και αυτά της αντλίας αλληλεπιδρούν και παράγουν φωτόνια των οποίων η συχνότητα είναι το άθροισμα του συνδυασμού (δίνοντας ένα ορατό μήκος κύματος 532 nm).

Οι ερευνητές επαλήθευσαν ότι το εξερχόμενο φως συμπιέζεται, αν και λιγότερο από το εισερχόμενο. Αυτή η μέθοδος μετατροπής θα μπορούσε να ωφελήσουν τα δίκτυα κβαντικής πληροφορίας που χρειάζεται να μετατρέψουν το υπέρυθρο φως στις οπτικές ίνες σε ορατά μήκη κύματος για αποθήκευση.