ENGINEERINGNET.BE - Quantumtechnologie op basis van licht werkt alleen als de fotonen zo goed als identiek zijn. In de praktijk zijn ze dat nooit helemaal.
Daarom meten laboratoria vooraf hoe goed fotonen bij elkaar passen met het Hong-Ou-Mandel-experiment, waarin twee fotonen op een bundelsplitser botsen. Zijn ze niet van elkaar te onderscheiden, dan verlaten ze de splitser altijd samen.
"Hong-Ou-Mandel is een van de eerste experimenten waarover je leert in de quantumoptica", zegt promovendus Stefan van den Hoven van UTwente. "Het is meestal ook het eerste ijkpunt dat quantumonderzoekers bij hun experimenten gebruiken."
Wie echter een fotonische quantumcomputer bouwt, moet honderden fotonen controleren. De oude test vergelijkt telkens twee fotonen, dus bij tien fotonen zijn er al 45 paren langs te gaan.
Daar komt bij dat één meting nooit een antwoord geeft. Een quantumexperiment levert per keer één uitkomst op en pas na duizenden herhalingen is te zien hoe vaak elke uitkomst voorkomt. Die verdeling verraadt hoe goed de fotonen op elkaar lijken.
De Twentse onderzoekers plaatsten daarom een tweede bundelsplitser achter de eerste, zodat een derde foton kan meedoen. Die uitbreiding gebruikt precies datgene wat fotonische quantumtechnologie haar kracht geeft: interferentie tussen fotonen.
Uit elke meting komt daardoor meer informatie over de vraag hoe goed de fotonen overeenkomen. Er zijn zo'n een vijfde minder herhalingen nodig om dezelfde precisie te halen.
Dat het om de best mogelijke opstelling gaat, tonen de onderzoekers met de Fisher-informatiematrix, een maat uit de informatiekunde die aangeeft hoeveel een meting zegt over een onbekende grootheid.
Voor drie fotonen is hun opzet aantoonbaar optimaal. Uitbreiding naar vier of vijf fotonen kan, maar of het dan ook de beste oplossing is, weten ze nog niet.
De meeste theoretische quantumvoordelen verdwijnen in de praktijk als er door ruis deeltjes verloren kunnen gaan. Bij drie fotonen is die kans ook groter dan bij twee.
Hier pakt dat anders uit. Raakt het experiment onderweg een foton kwijt, dan blijven er twee over en levert de opstelling automatisch de vertrouwde tweefotonmeting op.
Voorlopig is de methode vooral van belang voor laboratoria in de quantumoptica. Op termijn kan ze mogelijk dienen als ijking of als vaste testmodule in een grootschalige fotonische quantumcomputer.
