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Controllo ottico ultraveloce del dualismo onda particella
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Controllo ottico ultraveloce del dualismo onda particella

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  • 1. Ogni Particella manifesta sia naturacorpuscolare che ondulatoria,ma mai contemporaneamente.
  • 2. Fotone –Radiazione Fenditure Schermo Elettromagnetica Inviamo un fotone, particella del campo elettromagnetico, verso una coppia di fenditure cui segua uno schermo. Il fotone, come un’onda, le attraversa entrambe. Sullo schermoosserveremo il formarsi di caratteristiche frange d’interferenza.
  • 3. Fotone – Radiazione Fenditure Schermo ElettromagneticaSe poniamo un rivelatore dopo una delle duefenditure allora siamo in grado di individuare lafenditura attraversata. Ilfotone si comporta come un corpuscolo. Non osserviamo interferenza Rivelatore
  • 4. Acquisendo informazione sul tragitto distruggiamol’interferenza. Se rimuoviamo fisicamente l’informazione acquisita riotteniamo l’interferenza.
  • 5. Un recente articoloA. Ridolfo, R. Vilardi, O. Di Stefano, S. Portolan, and S.Savasta, All Optical Switch of Vacuum Rabi Oscillations:The Ultrafast Quantum Eraser, Physical Review Letters106, 013601, January 05 2011ha dimostrato la possibilità dicontrollare in maniera quasi istantaneail dualismo Onda Corpuscolo
  • 6. Tale ricerca èbasata sullo studio della interazioneforte e debole della radiazione elettromagnetica con un emettitore quantistico posto all’interno di una microcavità ottica
  • 7. Nel regime d’interazione forte sicreano delle quasi particelle ibride radiazione-materia e- h+ Dentro l’emettitore quantistico si può formare l’eccitone ovvero una coppia elettrone (e-) – buca (h+)
  • 8. Nel regime di interazione forte i fotoni di cavitàvengono assorbiti e emessi più è più volte tanto dadeterminare oscillazioni della popolazione fotonica. Nelcaso dell’interazione debole, la popolazione di cavitànon oscilla ma decresce a causa delle perdite dellacavità. Interazione Forte Interazione Debole
  • 9. Schema dell’esperimento e dell’emettitore quantistico (sistema a 3 livelli) 2 ˆ a g 1Fascio diControllo g Probe
  • 10. Cav Decadimento MonotonoCoe Decadimento MonotonoL’invio sul massimo determinaun decadimento monotono(accoppiamento debole) sia dellapopolazione di cavità (curvatratteggiata) che della sua partecoerente (curva rossa).
  • 11. L’invio sul minimo non perturbala popolazione fotonica checontinua ad oscillare(accoppiamento forte).Cav OscillazioniCoe PersaLa parte coerente dellapopolazione fotonica (quella chedetermina gli effetti diinterferenza) si azzera.
  • 12. L’azzerarsi della parte coerente(impossibilità di avereinterferenza) è interpretabilealla luce del principio dicomplementarietà quantistica:l’impulso di controllo inviato sulminimo trasferisce informazioneal quantum emitter(entanglement cavità-quantumemitter), emerge, quindi, ilcomportamento corpuscolare.
  • 13. Il 3° riquadro presenta un casointermedio in cui la popolazionefotonica oscilla, mentre la suaparte coerente decadeprogressivamente: coesistenza difenomenologie caratteristichedell’accoppiamento debole eforte! ProgressivoCav Decadimento OscillanteCoe Decadimento Monotono
  • 14. Tecnologia quantistica atta a rimuovere l’informazione acquisita.Inviando un ulteriore impulsopossiamo far “tornare in vita” leoscillazioni della parte coerentedella popolazione di cavità,segno che abbiamo cancellatofisicamente l’informazioneprecedentemente acquisita.
  • 15. • Conferma Sperimentale dei nuovi effetti• Controllo tecnologico dello switch off(passaggio da accoppiamento debole aforte) e del suo comportamentotemporale• Generazione di stati entangled (conparticelle mutuamente correlate) fotone-emettitore quantistico• Controllo ultraveloce della coerenza:eraser quantistico ultraveloce• Switch-off dell’interazione ultraforte
  • 16. Referenze1. Thomas J. Herzog, Paul G. Kwiat, Harald Weinfurter, Anton Zeilinger, “Complementarity and the quantum eraser”,Physical Review Letters, Volume 75, pp. 3034-3037, Number 17, 23 October 1995http://prl.aps.org/abstract/PRL/v75/i17/p3034_1;2. S. Dürr, T. Nonn, G. Rempe, “Origin of quantum-mechanical complementarity probed by a ‘which-way’ experiment inan atom interferometer”, Nature, Volume 395, pp. 33-37, 03 September 1998http://www.nature.com/nature/journal/v395/n6697/full/395033a0.html;3. L. Mandel, “Quantum effects in one-photon and two-photon interference”, Reviews of Modern Physics, Volume 71, No.2, Centenary 1999, pp. S274-S282 http://rmp.aps.org/abstract/RMP/v71/i2/pS274_1;4. Alessandro Ridolfo, Rocco Vilardi, Omar Di Stefano, Stefano Portolan, and Salvatore Savasta, “All Optical Switch ofVacuum Rabi Oscillations: The Ultrafast Quantum Eraser”, Physical review Letters 106, 013601, 07 January 2011http://prl.aps.org/abstract/PRL/v106/i1/e013601;5. J. P. Reithmaier, G. Sęk, A. Löffler, C. Hofmann, S. Kuhn, S. Reitzenstein, L. V. Keldysh, V. D. Kulakovskii, T. L. Reinecke & A.Forchel “Strong coupling in a single quantum dot-semiconductor microcavity system”, Nature, Volume 432, pp. 197, 11November 2004 http://www.nature.com/nature/journal/v432/n7014/abs/nature02969.html;6. T. Yoshie, A. Scherer, J. Hendrickson, G. Khitrova, H. M. Gibbs, G. Rupper, C. Ell, O. B. Shchekin & D. G. Deppe, “VacuumRabi splitting with a single quantum dot in a photonic crystal cavity”, Nature, Volume 432, pp. 200 , 11 November 2004http://www.nature.com/nature/journal/v432/n7014/abs/nature03119.html;7. G. Günter, A. A. Anappara, J. Hees, A. Sell, G. Biasiol, L. Sorba, S. De Liberato, C. Ciuti, A. Tredicucci, A. Leitenstorfer & R.Huber, “Sub-cycle switch-on of ultrastrong light-matter interaction”, Nature, Volume 458, pp. 178-181, 12 March 2009http://www.nature.com/nature/journal/v458/n7235/abs/nature07838.html?lang=en.

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