Komplekse former af fotoner for at booste fremtidige kvanteteknologier

Da den digitale revolution nu er blevet mainstream, kvanteberegning og kvantekommunikation stiger i feltets bevidsthed. De forbedrede måleteknologier muliggjort af kvantefænomener, og muligheden for videnskabelige fremskridt ved hjælp af nye metoder, er af særlig interesse for forskere over hele verden.

For nylig to forskere ved Tampere Universitet, Lektor Robert Fickler og ph.d. -forsker Markus Hiekkamäki, demonstreret, at to-foton-interferens kan kontrolleres på en næsten perfekt måde ved hjælp af fotonens rumlige form. Deres resultater blev for nylig offentliggjort i det prestigefyldte tidsskrift Fysiske anmeldelsesbreve.

"Vores rapport viser, hvordan en kompleks lysformningsmetode kan bruges til at få to lysmængder til at interferere med hinanden på en ny og let afstembar måde, " forklarer Markus Hiekkamäki.

Enkelte fotoner (lysenheder) kan have meget komplekse former, der vides at være gavnlige for kvanteteknologier såsom kvantekryptografi, superfølsomme målinger, eller kvanteforstærkede beregningsopgaver. For at gøre brug af disse såkaldte strukturerede fotoner, det er afgørende at få dem til at forstyrre andre fotoner.

"En afgørende opgave i stort set alle kvanteteknologiske applikationer er at forbedre evnen til at manipulere kvantetilstande på en mere kompleks og pålidelig måde. I fotoniske kvanteteknologier, denne opgave involverer at ændre egenskaberne af en enkelt foton samt at interferere flere fotoner med hinanden;" siger Robert Fickler, der leder den eksperimentelle kvanteoptikgruppe på universitetet.

Lineær optik bringer lovende løsninger til kvantekommunikation

Den påviste udvikling er især interessant set fra højdimensionel kvanteinformationsvidenskabs synspunkt, hvor der bruges mere end en enkelt bit kvanteinformation pr. bærer. Disse mere komplekse kvantetilstande tillader ikke kun kodning af mere information på en enkelt foton, men er også kendt for at være mere støjbestandige i forskellige indstillinger.

Metoden præsenteret af forskerduoen lover at bygge nye typer lineære optiske netværk. Dette baner vejen for nye skemaer for fotonisk kvanteforbedret computing.

"Vores eksperimentelle demonstration af at samle to fotoner i flere komplekse rumlige former er et afgørende næste skridt for at anvende strukturerede fotoner til forskellige kvantemetrologiske og informationsmæssige opgaver, " fortsætter Markus Hiekkamäki.

Forskerne sigter nu mod at bruge metoden til at udvikle nye kvanteforstærkede sansningsteknikker, mens man udforsker mere komplekse rumlige strukturer af fotoner og udvikler nye tilgange til beregningssystemer ved hjælp af kvantetilstande.

"Vi håber, at disse resultater inspirerer til mere forskning i de grundlæggende grænser for fotonformning. Vores resultater kan også udløse udviklingen af ​​nye kvanteteknologier, f.eks. forbedret støjtolerant kvantekommunikation eller innovative kvanteberegningssystemer, som drager fordel af sådanne højdimensionelle fotoniske kvantetilstande, " tilføjer Robert Fickler.