Splątanie kwantowe par fotonów

Splątanie jest zjawiskiem, w którym dwie cząstki są połączone jakąś cechą. Cząstka taka jak elektron może zostać splątana przez jej spin. Fotony mogą być splątane poprzez ich polaryzacje. Celem tego ćwiczenia jest generowanie i wykrywanie splątania par fotonów. Wiązka światła z niebieskiego (405 nm) lasera pada na układ dwóch kryształów BBO i w procesie spontanicznej parametrycznej konwersji w dół, z niewielką wydajnością (poniżej 10-5) generuje pary splątanych fotonów z zakresu bliskiej podczerwieni (810 nm). Niska wydajność konwersji umożliwia rozdzielenie czasowe zliczeń fotonów przez ich detekcję za pomocą fotodiod lawinowych i sprawdzenie czy detekcja pary fotonów nastąpiła w koincydencji. Polaryzację fotonów bada się zmieniając kąt ustawienia analizatorów na ich drodze do detektorów. Analiza zliczeń par fotonów przy różnych kombinacjach badanych polaryzacji pozwala wykazać ich splątanie poprzez wyznaczenie wartości parametru S w nierówności Clausera-Horne'a-Shimony-Holta. Zestaw eksperymentalny umożliwia otrzymanie wartości S około 2,4 – 2,5 (a więc znacząco większej od 2), a zatem z naruszeniem mechaniki klasycznej! (Nierówność CHSH oznacza, że S jest nie większe niż 2 dla systemu zgodnego z fizyką klasyczną.) Modyfikacja układu doświadczalnego pozwala kierować jeden z fotonów pary do interferometru Michelsona, podczas gdy drugi foton z pary wyzwala zliczenie. Badanie zliczeń fotonów zarejestrowanych na wyjściu interferometru w zależności od różnicy dróg optycznych prowadzi do interferogramu, który powstaje w warunkach, gdy w interferometrze znajdował się co najwyżej pojedynczy foton!

• Opiekun ćwiczenia: dr Tadeusz Pałasz
• Opis ćwiczenia i wymagania
• Materiały do ćwiczenia Z55 dostępne po zalogowaniu