Generación y detección de fotones entrelazados en frecuencia.

Un método que comprende:

utilizar (110) un láser UV (200) para generar un haz coherente;

convertir en sentido descendente (120) el haz coherente para producir pares de fotones entrelazados en frecuencia;para cada par enlazado, enviar (130) un primer fotón a lo largo de un primer trayecto (P1) y un segundo fotón a lolargo de un segundo trayecto (P2):

utilizar (140) un primer detector (240) para detectar aquellos fotones enviados a lo largo del primer trayecto, y unsegundo detector (250) para detectar aquellos fotones enviados a lo largo del segundo trayecto, siendo ladetección realizada en un régimen de un solo fotón; y

realizar (150) el cómputo de coincidencia sobre salidas de los detectores, incluyendo la comparación de los bordesdelanteros sobre las salidas del primer y segundo detectores dentro de una ventana de tiempo;

caracterizado por formar una imagen en un plano de correlación realizando una correlación de segundo orden delos campos eléctricos complejos de fotones detectados por el primer y segundo detectores; y los cómputos decoincidencia de correspondencia como una función de las coordenadas x-y del segundo detector.

Generación y detección de fotones entrelazados en frecuencia ANTECEDENTES El entrelazamiento es un fenómeno de mecánica cuántica en el que las propiedades cuánticas de dos o más objetos son descritas uno con referencia a otro, incluso aunque los objetos individuales puedan estar espacialmente separados. Dos fotones, A y B, se dice que están entrelazados y forman un sistema bifotónico cuando, si se conoce una propiedad del fotón A, entonces la propiedad correspondiente del fotón B es también conocida. Por ejemplo, si se preparan dos fotones en un estado entrelazado de polarización, y uno de los fotones se observa que tiene una polarización específica, entonces el otro fotón tendrá una polarización conocida.

Se han propuesto sistemas para generar y detectar fotones entrelazados. Por ejemplo, un láser de Ti-zafiro genera un haz coherente, cristales no lineales convierten en sentido descendente el haz coherente a fotones entrelazados en frecuencia, y cristales no lineales convierten en sentido ascendente a continuación los fotones entrelazados a una frecuencia adecuada para su detección. Aquellos fotones que tienen un primer estado son enviados a lo largo de un primer trayecto, y aquellos fotones que tienen un segundo estado son enviados a lo largo de un segundo trayecto. Un detector de rangos detecta aquellos fotones enviados a lo largo del primer trayecto, y un segundo detector detecta aquellos fotones enviados a lo largo del segundo trayecto. Se realizan mediciones de coincidencia sobre los fotones detectados por el primer y el segundo detectores. El detector de rango es operado como una puerta de tiempo para considerar las coincidencias.

SUMARIO De acuerdo con una realización recogida aquí, un método incluye utilizar un láser ultravioleta para generar un haz coherente. El haz coherente es convertido en sentido descendente para producir pares de fotones entrelazados en frecuencia. Para cada par entrelazado, un primer fotón es enviado a lo largo del primer trayecto y un segundo fotón es enviado a lo largo de un segundo trayecto. Un primer detector detecta aquellos fotones enviados a lo largo del primer trayecto, y un segundo detector detecta aquellos fotones enviados a lo largo del segundo trayecto. La detección es realizada en un régimen de un solo fotón. El cómputo de coincidencia es realizado sobre las salidas de los detectores, incluyendo la comparación de los bordes delanteros sobre salidas del primer y segundo detectores dentro de una ventana de tiempo. Una imagen es formada en un plano de correlación realizando una correlación de segundo orden de los campos eléctricos complejos de fotones detectados por el primer y segundo detectores y los cómputos de coincidencia de correspondencia como una función de las coordenadas x-y del segundo detector.

De acuerdo con otra realización descrita aquí, un sistema comprende un sistema basado en láser UV para generar un haz coherente y para convertir en sentido descendente el haz coherente para producir pares de fotones entrelazados en frecuencia. Para cada par, un primer fotón es enviado hacia abajo en un primer trayecto y un segundo fotón es enviado hacia abajo en un segundo trayecto. El sistema comprende además un primer detector de fotones para detectar fotones individuales enviados hacia abajo en el primer trayecto; un segundo detector de fotones para detectar fotones individuales enviados hacia abajo en el segundo trayecto; y un circuito, que responde a las salidas de los detectores, para cortar coincidencias de los pares de fotones. El circuito determina la coincidencia comparando los bordes delanteros en las salidas del primer y segundo detectores dentro de una ventana de tiempo. Se forma una imagen en un plano de correlación realizando una correlación de segundo orden de los campos eléctricos complejos de fotones detectados por el primer y el segundo detectores y los cómputos de coincidencia de correspondencia como una función de las coordenadas x-y del segundo detector.

Brida, y col., quot;Caracterización Especial de Fuente de Fotones Entrelazados de Conversión Descendente Paramétrica Espontánea en Régimen Pulsatorio de Femtosegundosquot; describe mediciones experimentales de coincidencia y formas de partículas individuales de señales de bifotones cuando los estados entrelazados en frecuencia son generados por cristales de Conversión Descendente Paramétrica Espontánea (SPDC) bombeados por cortos impulsos.

Dehlinger, D. y col., quot; Aparato de fotones entrelazados para el laboratorio de estudiantes universitariosquot; describe un aparato para proporcionar detectar fotones entrelazados en polarización. La fuente funciona por conversión descendente paramétrica espontánea de tipo I en una geometría de dos cristales. Los fotones son detectados en coincidencia con módulos de cómputo de un solo fotón.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

La Figura 1 es una ilustración de un método de generar y detectar pares de fotones entrelazados en frecuencia.

La Figura 2 es una ilustración de un sistema para generar y detectar pares de fotones entrelazados en frecuencia.

La Figura 3 es una ilustración de un diagrama de tiempos para determinar la coincidencia de fotones detectados.

La Figura 4 es una ilustración de un contador de coincidencias.

La Figura 5 es una ilustración de un método de realizar seguimiento de objetos.

La Figura 6 es una ilustración de un método de realizar vigilancia.

La Figura 7 es una ilustración de un método de realizar inspección no destructiva.

DESCRIPCIÓN DETALLADA Se ha hecho referencia a la Figura 1, que ilustra un método de generar y detectar fotones entrelazados en frecuencia. El entrelazamiento en frecuencia se refiere a un fenómeno de mecánica cuántica en el que dos fotones tienen diferentes longitudes de onda que están correlacionadas. Dos fotones pueden estar físicamente separados, y aún preservar el entrelazamiento de las frecuencias. Por ejemplo, si la energía total del sistema bifotónico es ε12 = ε1 + ε2, entonces el conocimiento de ε1 da también inmediatamente ε2 y viceversa, y la energía ε de cualquier fotón es inversamente proporcional a su longitud de onda. Los fotones pueden ser degenerados, que es tener igual energía (ε1 = ε2) o pueden ser no degenerados, es decir ε1 ≠ ε2.

En el bloque 110, se utiliza un láser ultravioleta (UV) para generar un haz coherente. La región UV va desde aproximadamente 200-400 nm. Por ejemplo, el láser UV puede generar un haz coherente que tiene una longitud de 400 nm. El láser puede ser hecho funcionar en operación de onda continua.

En el bloque 120, el haz coherente es convertido en sentido descendente para producir fotones entrelazados en frecuencia. La conservación de la energía requiere que un fotón en una longitud de onda más corta produzca dos fotones en una longitud de onda más larga. Así la frecuencia de cada fotón producido, se sumará a la frecuencia del fotón original. Por ejemplo, un fotón a 400 nm puede convertirse en sentido descendente para producir dos fotones entrelazados degenerados, cada uno de 800 nm.

Los pares de fotones pueden ser degenerados o no degenerados. Los pares de fotones son producidos un par de fotones cada vez.

En el bloque 130, para cada par de fotones entrelazados, un primer fotón es enviado a lo largo de un primer trayecto y un segundo fotón es enviado a lo largo del segundo trayecto. En algunas realizaciones, un objeto a lo largo del primer trayecto dispersará los primeros fotones. El segundo trayecto no debe perturbar el entrelazamiento.

En el bloque 140, se usa un primer detector para detectar aquellos fotones enviados a lo largo del primer trayecto, y se usa un segundo detector para detectar aquellos fotones enviados a lo largo del segundo trayecto. El primer y el segundo detectores son operados en un régimen de un solo fotón. Es decir, cada detector detecta sólo un fotón cada vez. El emparejamiento proviene de recibir un solo fotón en dos detectores separados. Cada detector emite un impulso cuando se detecta un fotón.

En el bloque 150, se realiza el cómputo de coincidencia sobre las salidas de los detectores. El cómputo de coincidencia incluye la comparación de los bordes delanteros de los impulsos emitidos por el primer y segundo detectores.

Se hace referencia brevemente a la Figura 3. Los impulsos en las salidas del primer y segundo detectores son referenciados por las letras A y B. Una ventana de tiempo ΔT Comienza en el instante t1, y termina en el instante t3. El instante t1 corresponde a la ocurrencia del borde delantero del impulso B. Si el borde delantero del impulso A ocurre entre los instantes... [Seguir leyendo]

1. Un método que comprende:

utilizar (110) un láser UV (200) para generar un haz coherente; convertir en sentido descendente (120) el haz coherente para producir pares de fotones entrelazados en frecuencia; para cada par enlazado, enviar (130) un primer fotón a lo largo de un primer trayecto (P1) y un segundo fotón a lo largo de un segundo trayecto (P2) : utilizar (140) un primer detector (240) para detectar aquellos fotones enviados a lo largo del primer trayecto, y un segundo detector (250) para detectar aquellos fotones enviados a lo largo del segundo trayecto, siendo la detección realizada en un régimen de un solo fotón; y realizar (150) el cómputo de coincidencia sobre salidas de los detectores, incluyendo la comparación de los bordes delanteros sobre las salidas del primer y segundo detectores dentro de una ventana de tiempo; caracterizado por formar una imagen en un plano de correlación realizando una correlación de segundo orden de los campos eléctricos complejos de fotones detectados por el primer y segundo detectores; y los cómputos de coincidencia de correspondencia como una función de las coordenadas x-y del segundo detector.

2. El método según la reivindicación 1, en el que el láser (200) es operado en modo de onda continua.

3. El método según la reivindicación 1, en el que el primer (240) y el segundo (250) detectores son operados en un régimen de un solo fotón.

4. El método según la reivindicación 1, en el que al primer (P1) y al segundo (P2) trayectos se les ha dado la misma longitud.

5. El método según la reivindicación 1, en el que cada detector (240, 250) emite un impulso (A, B) para indicar la detección de un fotón; y en el que el comienzo (t1) de cada ventana de tiempo (ΔT1, ΔT) corresponde al borde delantero de un impulso (B) proporcionado por el segundo detector (250) .

6. El método según la reivindicación 5, en el que los lados de la ventana de tiempo (ΔT1, ΔT) son ajustables de modo independiente.

7. El método según la reivindicación 1, en el que los fotones son generados en un estado N00N de orden eNésimo, donde N ≥ 2.

8. El método según la reivindicación 1, y que es además un método de seguimiento de un objeto, comprendiendo el método además adquirir imágenes que contienen un objeto; y estimar posiciones del objeto basándose en las imágenes adquiridas.

9. El método según la reivindicación 8, en el que los fotones enviados a lo largo del primer trayecto (P^1) tienen una longitud de onda para pasar a través del oscurecimiento aéreo.

10. El método según la reivindicación 1, y que además es un método de realizar vigilancia, en el que los fotones enviados a lo largo de un primer trayecto (P1) son dirigidos (620) hacia un oscurecimiento y tienen una longitud de onda para pasar 45 a través del oscurecimiento, y en el que los fotones que pasan a través del oscurecimiento son dispersados por cualesquiera objetos situados detrás del oscurecimiento.

11. El método según la reivindicación 1, y que es además un método de realizar inspección no destructiva de un objeto, comprendiendo el método además analizar la imagen para identificar cualesquiera cambios estructurales.

12. Un sistema que comprende:

un sistema basado en láser (200) para generar pares de fotones entrelazados en frecuencia y, para cada par, enviar un primer fotón a lo largo de un primer trayecto (P1) y un segundo fotón a lo largo de un segundo trayecto (P2) ;

un primer detector de fotones (240) para detectar fotones individuales enviados a lo largo del primer trayecto; un segundo detector de fotones (250) para detectar fotones individuales enviados a lo largo del segundo trayecto; y un circuito (260) , que responde a las salidas de los detectores, para contar coincidencias de los pares de fotones, incluyendo determinar coincidencias comparando los bordes delanteros en las salidas del primer y segundo detectores dentro de una ventana de tiempo;

caracterizado por que una imagen es formada en un plano de correlación realizando una correlación de segundo orden de los campos eléctricos complejos de fotones detectados por el primer y el segundo detectores y los cómputos de coincidencia de correspondencia como una función de las coordenadas x-y del segundo detector.

13. El sistema según la reivindicación 12, en el que el sistema basado en un láser (200) incluye un láser ultravioleta (210) y un cristal no lineal (220) para convertir en sentido descendente una salida del láser, y en el que el primer (240) y el segundo (260) detectores de fotones incluyen fotodiodos de avalancha, por lo que una conversión en sentido ascendente no es realizada antes de la conversión en sentido descendente.

14. El sistema según la reivindicación 12, en el que el sistema basado en un láser (200) incluye un láser operable en modo de onda continua para generar un par de fotones de uno en uno.