Nye rekorder opsat med lysskruer

Det er lykkedes University of Vienna research team at slå to nye rekorder, mens de eksperimenterede med såkaldte snoede lyspartikler. Disse resultater, nu offentliggjort i tidsskriftet PNAS , er ikke kun af grundlæggende interesse, men giver også et fingerpeg om den enorme informationskapacitet, som en enkelt lyspartikel kan tilbyde i fremtidige applikationer.

Vridet lys

Tid og igen, lysets egenskaber overrasker forskningsverdenen. For eksempel, lys kan bringes ind i en proptrækker-lignende form for at producere såkaldte "lysskruer", som Anton Zeilinger, kvantefysiker ved universitetet i Wien, beskriver. Den fantastiske kendsgerning er, at man i princippet kan pålægge et vilkårligt antal viklinger på hver enkelt lyspartikel - kaldet fotoner. Jo større antal viklinger, jo større det såkaldte kvantetal, som fotonet beskrives med. Wienerforskernes resultater fra Wien Center for Quantum Science and Technology (VCQ) ved University of Vienna og Institute of Quantum Optics and Quantum Information Vienna (IQOQI Vienna) ved det østrigske videnskabsakademi har nu gjort brug af denne funktion i to papirer, bryde tidligere rekorder om transmissionsafstanden og størrelsen af ​​kvantetallet.

Twisted light transmitteret besked over 143 kilometer

I princippet, snoet lys kan bære en vilkårlig stor mængde information pr. foton. Dette er i modsætning til polariseringen af ​​lys, som er begrænset til en bit pr. foton. For eksempel, datahastigheder på op til 100 terabit i sekundet, svarer til omkring 120 Blu-Ray-diske pr. sekund, allerede er opnået under laboratorieforhold. Transmissionen under realistiske forhold, imidlertid, er stadig i sin vorden. Ud over transmission over korte afstande i speciel fiberoptik, transmission af sådanne lysstråler over frit rum, kræves f.eks. til satellitkommunikation, var indtil nu begrænset til tre kilometer; opnået af det samme wienerhold for to år siden.

I den aktuelle undersøgelse, forskergruppen omkring Anton Zeilinger og Mario Krenn viser, at oplysninger kodet i snoet lys stadig kan rekonstrueres, selv efter mere end 100 kilometer. Forsøget er blevet udført mellem De Kanariske Øer La Palma og Tenerife, som er 143 kilometer væk. "Beskeden 'Hej Verden!' er blevet kodet på en grøn laser med et optisk hologram, og rekonstrueret med et kunstigt neuralt netværk på den anden ø ", forklarer Krenn, Ph.d.-studerende i Zeilingers gruppe. Efter at have vist, at disse lysegenskaber i princippet opretholdes over lange afstande, de skal nu kombineres med moderne kommunikationsteknologier - en opgave, som allerede flere grupper rundt om i verden er begyndt at løse.

Kvantindvikling med 5-cifrede kvantetal

Sammen med forskningsgruppen for Ping Koy Lam i Canberra, Australien, wienergruppen Anton Zeilinger undersøgte også, hvor stærkt enkelte fotoner kan sno sig ind i den skruelignende struktur uden at miste tydelige kvanteegenskaber. Med andre ord, holder kvantefysikken stadig grænsen for store kvantetal eller er klassisk fysik og hverdagserfaring ved at tage over igen? Til dette formål, forskerne udnyttede en ny teknik udviklet af deres kolleger i Australien. Der, de har etableret en teknik til at fremstille såkaldte spiralfasespejle til at vride fotoner på en hidtil uset stærk måde og dermed øge kvantetallene til enorme værdier. Spejlene, skræddersyet til eksperimentet i Wien, tillade dannelse af skruelignende fotoner med kvantetal på mere end 10, 000, hvilket er hundrede gange større end i tidligere forsøg.

I starten de wienerske forskere genererede sammenfiltrede fotonpar, dvs. to lyspartikler, der tilsyneladende er forbundet på trods af at de er adskilt af en vilkårlig afstand. Forvikling er de forskellige fænomener i kvantefysikken, som Einstein beskrev som "uhyggelig handling på afstand". Efter afslutningen af ​​dette indledende trin, forskerne snoede derefter en af ​​fotonerne med de australske spejle uden at ødelægge sammenfiltringen, dermed demonstreret, at kvantefysik endda holder, hvis femcifrede kvantetal er viklet ind. Selvom det er drevet af grundlæggende spørgsmål, fremtidige applikationer kan allerede forventes. "Lysets enorme kompleksitet er fascinerende og kan ses som en intuitiv indikation af, hvor meget information der skal passe på en enkelt foton", forklarer Robert Fickler, hovedforfatter af undersøgelsen og arbejder i øjeblikket som postdoktor ved University of Ottawa, Canada.

Derfor, i begge undersøgelser oprettede forskerne nye optegnelser med "lysskruer" for at undersøge grundlæggende spørgsmål samt bane vejen for mulige fremtidige teknologier.