Gestructureerd licht is een mooie manier om patronen of afbeeldingen van licht te beschrijven, maar terecht, want het belooft toekomstige communicatie die zowel sneller als veiliger zal zijn.

De kwantummechanica heeft de afgelopen 100 jaar een lange weg afgelegd, maar heeft nog een lange weg te gaan. In AVS Kwantumwetenschap onderzoekers van de Universiteit van Witwatersrand in Zuid-Afrika beoordelen de vooruitgang die wordt geboekt bij het gebruik van gestructureerd licht in kwantumprotocollen om een ​​groter coderingsalfabet te creëren, sterkere beveiliging en betere weerstand tegen lawaai.

"Wat we echt willen, is kwantummechanica doen met lichtpatronen, " zei auteur Andrew Forbes. "Hiermee, we bedoelen dat licht wordt geleverd in verschillende patronen die uniek kunnen worden gemaakt, zoals onze gezichten."

Omdat lichtpatronen van elkaar kunnen worden onderscheiden, ze kunnen worden gebruikt als een vorm van alfabet. "Het leuke is dat er, in principe tenminste een oneindige reeks patronen, dus een oneindig alfabet is beschikbaar, " hij zei.

traditioneel, kwantumprotocollen zijn geïmplementeerd met de polarisatie van licht, die slechts twee waarden heeft - een systeem met twee niveaus met een maximale informatiecapaciteit per foton van slechts 1 bit. Maar door lichtpatronen als alfabet te gebruiken, de informatiecapaciteit is veel groter. Ook, zijn veiligheid is sterker, en de robuustheid tegen ruis (zoals schommelingen in het achtergrondlicht) is verbeterd.

"Patronen van licht zijn een route naar wat wij hoogdimensionale toestanden noemen, "Zei Forbes. "Ze zijn hoog dimensionaal, omdat er veel patronen bij het kwantumproces betrokken zijn. Helaas, de toolkit om deze patronen te beheren is nog onderontwikkeld en vereist veel werk."

De kwantumwetenschapsgemeenschap heeft veel recente opmerkelijke vorderingen gemaakt, zowel in de wetenschap als in afgeleide technologieën. Bijvoorbeeld, verstrengeling swapping is nu aangetoond met ruimtelijke modi van licht, een kerningrediënt in een kwantumrepeater, terwijl de middelen om veilig tussen knooppunten te communiceren nu mogelijk zijn via hoogdimensionale distributieprotocollen voor kwantumsleutels. Samen brengen ze ons een stukje dichter bij een snel en veilig kwantumnetwerk.

In een vergelijkbare ader, de constructie van exotische meerpartijen-hoogdimensionale toestanden voor kwantumcomputer is gerealiseerd, evenals een verbeterde resolutie bij spookbeeldvorming (geproduceerd door licht van twee lichtdetectoren te combineren). Toch blijft het een uitdaging om voorbij de alomtegenwoordige twee fotonen in twee dimensies te breken voor volledige controle over meerdere fotonen die verstrengeld zijn in hoge dimensies.

"We weten hoe we fotonen kunnen maken en detecteren die verstrikt zijn in patronen, "zei Forbes. "Maar we hebben niet echt een goede controle om ze van het ene punt naar het andere te krijgen, omdat ze vervormen in de atmosfeer en in optische vezels. En we weten niet echt hoe we er efficiënt informatie uit kunnen halen. Het vereist momenteel te veel metingen."

Forbes en zijn co-auteur Isaac Nape hielpen bij het pionieren van het gebruik van hybride staten - nog een grote vooruitgang. Oude leerboek kwantummechanica werd gedaan met polarisatie.

"Het blijkt dat veel protocollen efficiënt kunnen worden geïmplementeerd met eenvoudigere tools door patronen te combineren met polarisatie voor het beste van twee werelden, ' zei Forbes. 'In plaats van twee dimensies van patronen, hybride staten geven toegang tot multidimensionale staten, bijvoorbeeld, een oneindig aantal tweedimensionale systemen. Dit lijkt een veelbelovende manier om echt een kwantumnetwerk te realiseren op basis van lichtpatronen."