2. Ogni Particella
manifesta sia natura
corpuscolare che ondulatoria,
ma mai contemporaneamente.

3. 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 schermo
osserveremo il formarsi di
caratteristiche frange
d’interferenza.

4. Fotone – Radiazione Fenditure Schermo
Elettromagnetica
Se poniamo un rivelatore
dopo una delle due
fenditure allora siamo in
grado di individuare la
fenditura attraversata. Il
fotone si comporta come
un corpuscolo. Non
osserviamo interferenza
Rivelatore

5. Acquisendo informazione sul
tragitto distruggiamo
l’interferenza. Se rimuoviamo
fisicamente l’informazione
acquisita riotteniamo
l’interferenza.

6. Un recente articolo
A. Ridolfo, R. Vilardi, O. Di Stefano, S. Portolan, and S.
Savasta, All Optical Switch of Vacuum Rabi Oscillations:
The Ultrafast Quantum Eraser, Physical Review Letters
106, 013601, January 05 2011
ha dimostrato la possibilità di
controllare in maniera quasi istantanea
il dualismo Onda Corpuscolo

7. Tale ricerca è
basata sullo studio
della interazione
forte e debole della
radiazione
elettromagnetica
con un emettitore
quantistico posto
all’interno di una
microcavità ottica

8. Nel regime d’interazione forte si
creano delle quasi particelle ibride
radiazione-materia
e-
h+
Dentro l’emettitore quantistico si può formare
l’eccitone ovvero una coppia elettrone (e-) – buca (h+)

9. Nel regime di interazione forte i fotoni di cavità
vengono assorbiti e emessi più è più volte tanto da
determinare oscillazioni della popolazione fotonica. Nel
caso dell’interazione debole, la popolazione di cavità
non oscilla ma decresce a causa delle perdite della
cavità.
Interazione Forte Interazione Debole

10. Schema dell’esperimento e dell’emettitore
quantistico (sistema a 3 livelli)
2
ˆ
a g
1
Fascio di
Controllo
g
Probe

11. Cav Decadimento Monotono
Coe Decadimento Monotono
L’invio sul massimo determina
un decadimento monotono
(accoppiamento debole) sia della
popolazione di cavità (curva
tratteggiata) che della sua parte
coerente (curva rossa).

12. L’invio sul minimo non perturba
la popolazione fotonica che
continua ad oscillare
(accoppiamento forte).
Cav Oscillazioni
Coe Persa
La parte coerente della
popolazione fotonica (quella che
determina gli effetti di
interferenza) si azzera.

13. L’azzerarsi della parte coerente
(impossibilità di avere
interferenza) è interpretabile
alla luce del principio di
complementarietà quantistica:
l’impulso di controllo inviato sul
minimo trasferisce informazione
al quantum emitter
(entanglement cavità-quantum
emitter), emerge, quindi, il
comportamento corpuscolare.

14. Il 3° riquadro presenta un caso
intermedio in cui la popolazione
fotonica oscilla, mentre la sua
parte coerente decade
progressivamente: coesistenza di
fenomenologie caratteristiche
dell’accoppiamento debole e
forte!
Progressivo
Cav Decadimento Oscillante
Coe Decadimento Monotono

15. Tecnologia quantistica atta a
rimuovere l’informazione acquisita.
Inviando un ulteriore impulso
possiamo far “tornare in vita” le
oscillazioni della parte coerente
della popolazione di cavità,
segno che abbiamo cancellato
fisicamente l’informazione
precedentemente acquisita.

16. • Conferma Sperimentale dei nuovi effetti
• Controllo tecnologico dello switch off
(passaggio da accoppiamento debole a
forte) e del suo comportamento
temporale
• Generazione di stati entangled (con
particelle mutuamente correlate) fotone-
emettitore quantistico
• Controllo ultraveloce della coerenza:
eraser quantistico ultraveloce
• Switch-off dell’interazione ultraforte

17. Referenze
1. 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 1995
http://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 in
an atom interferometer”, Nature, Volume 395, pp. 33-37, 03 September 1998
http://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 of
Vacuum Rabi Oscillations: The Ultrafast Quantum Eraser”, Physical review Letters 106, 013601, 07 January 2011
http://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, 11
November 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, “Vacuum
Rabi splitting with a single quantum dot in a photonic crystal cavity”, Nature, Volume 432, pp. 200 , 11 November 2004
http://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 2009
http://www.nature.com/nature/journal/v458/n7235/abs/nature07838.html?lang=en.