Struktureret lys lover vej til hurtigere, mere sikker kommunikation

Struktureret lys er en smart måde at beskrive mønstre eller billeder af lys, men fortjent, da det lover fremtidig kommunikation, der vil være både hurtigere og mere sikker.

Kvantemekanikken er nået langt i løbet af de sidste 100 år, men har stadig lang vej at gå. I AVS kvantevidenskab forskere fra University of Witwatersrand i Sydafrika gennemgår de fremskridt, der gøres med at bruge struktureret lys i kvanteprotokoller til at skabe et større kodningsalfabet, stærkere sikkerhed og bedre modstand mod støj.

"Det, vi virkelig ønsker, er at lave kvantemekanik med lysmønstre, " sagde forfatter Andrew Forbes. "Ved dette, vi mener, at lys kommer i en række forskellige mønstre, der kan gøres unikke - som vores ansigter."

Da lysmønstre kan skelnes fra hinanden, de kan bruges som en form for alfabet. "Det fede er, at der er i princippet i hvert fald et uendeligt antal mønstre, så et uendeligt alfabet er tilgængeligt, " han sagde.

Traditionelt set kvanteprotokoller er blevet implementeret med polarisering af lys, som kun har to værdier - et to-niveau system med en maksimal informationskapacitet pr. foton på kun 1 bit. Men ved at bruge lysmønstre som alfabet, informationskapaciteten er meget højere. Også, dens sikkerhed er stærkere, og robustheden over for støj (såsom baggrundslyssvingninger) er forbedret.

"Lysmønstre er en vej til det, vi kalder højdimensionelle tilstande, " sagde Forbes. "De er højdimensionelle, fordi mange mønstre er involveret i kvanteprocessen. Desværre, værktøjskassen til at håndtere disse mønstre er stadig underudviklet og kræver meget arbejde."

Kvantevidenskabssamfundet har gjort mange nylige bemærkelsesværdige fremskridt, både inden for videnskab og afledte teknologier. For eksempel, sammenfiltring bytte er nu blevet påvist med rumlige lysmåder, en kerneingrediens i en kvanterepeater, mens midlerne til sikker kommunikation mellem noder nu er muligt gennem højdimensionelle kvantenøglefordelingsprotokoller. Sammen bringer de os en lille smule tættere på et hurtigt og sikkert kvantenetværk.

På samme måde, konstruktionen af ​​eksotiske flerparts højdimensionelle tilstande til kvantecomputere er blevet realiseret, som har forbedret opløsning i spøgelsesbilleddannelse (produceret ved at kombinere lys fra to lysdetektorer). Alligevel er det stadig udfordrende at bryde ud over de allestedsnærværende to fotoner i to dimensioner for fuld kontrol over flere fotoner, der er viklet ind i høje dimensioner.

"Vi ved, hvordan man skaber og detekterer fotoner viklet ind i mønstre, "sagde Forbes." Men vi har ikke rigtig god kontrol med at få dem fra et punkt til et andet, fordi de forvrænger i atmosfæren og i optisk fiber. Og vi ved ikke rigtig, hvordan vi effektivt kan udtrække information fra dem. Det kræver for mange målinger i øjeblikket."

Forbes og hans medforfatter Isaac Nape hjalp med at pionere brugen af ​​hybride tilstande - endnu et stort fremskridt. Gammel lærebog kvantemekanik blev udført med polarisering.

"Det viser sig, at mange protokoller effektivt kan implementeres med enklere værktøjer ved at kombinere mønstre med polarisering til det bedste fra begge verdener, " sagde Forbes. "I stedet for to dimensioner af mønstre, hybridtilstande giver adgang til multidimensionelle tilstande, for eksempel, et uendeligt sæt af todimensionelle systemer. Dette ligner en lovende vej frem til virkelig at realisere et kvantenetværk baseret på lysmønstre."