Nu de digitale revolutie mainstream is geworden, kwantumcomputing en kwantumcommunicatie nemen toe in het bewustzijn van het veld. De verbeterde meettechnologieën die mogelijk worden gemaakt door kwantumverschijnselen, en de mogelijkheid van wetenschappelijke vooruitgang met behulp van nieuwe methoden, zijn van bijzonder belang voor onderzoekers over de hele wereld.

Onlangs twee onderzoekers van Tampere University, Universitair docent Robert Fickler en promovendus Markus Hiekkamäki, toonde aan dat interferentie met twee fotonen op een bijna perfecte manier kan worden gecontroleerd met behulp van de ruimtelijke vorm van het foton. Hun bevindingen zijn onlangs gepubliceerd in het prestigieuze tijdschrift Fysieke beoordelingsbrieven.

"Ons rapport laat zien hoe een complexe lichtvormende methode kan worden gebruikt om twee lichtquanta op een nieuwe en gemakkelijk afstembare manier met elkaar te laten interfereren. " legt Markus Hiekkamäki uit.

Enkele fotonen (lichteenheden) kunnen zeer complexe vormen hebben waarvan bekend is dat ze gunstig zijn voor kwantumtechnologieën zoals kwantumcryptografie, supergevoelige metingen, of quantum-verbeterde computationele taken. Om gebruik te maken van deze zogenaamde gestructureerde fotonen, het is cruciaal dat ze interfereren met andere fotonen.

"Een cruciale taak in vrijwel alle kwantumtechnologische toepassingen is het verbeteren van het vermogen om kwantumtoestanden op een complexere en betrouwbaardere manier te manipuleren. In fotonische kwantumtechnologieën, deze taak omvat het veranderen van de eigenschappen van een enkel foton en het verstoren van meerdere fotonen met elkaar", zegt Robert Fickler, die de groep Experimentele Quantum Optica leidt aan de universiteit.

Lineaire optica biedt veelbelovende oplossingen voor kwantumcommunicatie

De gedemonstreerde ontwikkeling is vooral interessant vanuit het oogpunt van hoogdimensionale kwantuminformatiewetenschap, waarbij meer dan een enkel bit kwantuminformatie per drager wordt gebruikt. Deze complexere kwantumtoestanden maken niet alleen de codering van meer informatie op een enkel foton mogelijk, maar staan ​​ook bekend als beter bestand tegen ruis in verschillende omgevingen.

De door het onderzoeksduo gepresenteerde methode is veelbelovend voor het bouwen van nieuwe soorten lineaire optische netwerken. Dit maakt de weg vrij voor nieuwe schema's van fotonische quantum-enhanced computing.

"Onze experimentele demonstratie van het bundelen van twee fotonen in meerdere complexe ruimtelijke vormen is een cruciale volgende stap voor het toepassen van gestructureerde fotonen op verschillende kwantummetrologische en informatieve taken, " vervolgt Markus Hiekkamäki.

De onderzoekers streven er nu naar om de methode te gebruiken voor het ontwikkelen van nieuwe quantum-enhanced sensing-technieken, terwijl we meer complexe ruimtelijke structuren van fotonen onderzoeken en nieuwe benaderingen ontwikkelen voor computersystemen met behulp van kwantumtoestanden.

"We hopen dat deze resultaten inspireren tot meer onderzoek naar de fundamentele limieten van fotonvorming. Onze bevindingen kunnen ook de ontwikkeling van nieuwe kwantumtechnologieën in gang zetten, bijv. verbeterde ruistolerante kwantumcommunicatie of innovatieve kwantumberekeningsschema's, die profiteren van zulke hoogdimensionale fotonische kwantumtoestanden, ", voegt Robert Fickler toe.