Er is een interessant debat gaande over de kwantum versus klassieke oorsprong van spookbeeldvorming in thermisch licht. Om dit kwantumklassieke dilemma te verduidelijken, Lixiang Chen van de Universiteit van Xiamen in China formuleerde een dichtheidsmatrix om de toestand van het thermische twee-foton orbitale impulsmoment volledig te beschrijven, die de verborgen kwantumheid onthulde met niet-nul onenigheid. Vervolgens, een schema van het nabootsen van teleportatie werd bedacht om de mogelijkheid van het teleporteren van een optisch beeld aan te tonen, met een begeleidende karakterloze achtergrond.

In sciencefiction, "teleportatie" wordt vaak afgeschilderd als een middel om fysieke objecten van de ene locatie naar de andere op enige afstand over te brengen. Maar in de natuurkunde kwantumteleportatie brengt alleen kwantuminformatie over, d.w.z., de kwantumtoestand van een deeltje, zonder enige fysieke overdracht van het deeltje zelf. Het kwantumprotocol van teleportatie werd theoretisch ontwikkeld door Bennett en collega's in 1993 en de eerste experimentele demonstratie werd gerealiseerd door Bouwmeester en zijn collega's in 1997. Recente vooruitgang is geboekt om de teleportatie van een zender op aarde naar een ontvanger op een satelliet te realiseren, naar een wereldwijde schaal. In het oorspronkelijke schema kwantumverstrengeling is een essentiële voorwaarde voor het implementeren van de teleportatie.

Anderzijds, ghost imaging vertegenwoordigt een intrigerende beeldacquisitietechniek waarbij een beeld kan worden gereconstrueerd met behulp van een lichtstraal die nooit in wisselwerking staat met het object. Echter, werd aangetoond dat, naast een kwantumverstrengelde bifotonbron, klassieke thermische lichtbron kan ook worden gebruikt voor het realiseren van de taak van spookbeeldvorming, waardoor de vraag rijst of verstrengeling echt nodig was voor spookbeeldvorming. Veel voornaam werk heeft bijgedragen, zowel theoretisch als experimenteel, het kwantumklassieke dilemma blijft echter bestaan.

In een nieuw artikel gepubliceerd in Lichtwetenschap en toepassing , Lixiang Chen van het College voor Fysische Wetenschappen en Technologie, Xiamen-universiteit, China, heeft dit voortdurende kwantumklassieke dilemma onderzocht. In een foton orbitaal impulsmoment (OAM) Hilbertruimte, hij formuleerde een dichtheidsmatrix om de toestand van twee fotonen in een thermische lichtbron volledig te beschrijven, die verschijnt als een som van een hoogdimensionale OAM verstrengelde toestand en een diagonale volledig scheidbare toestand. interessant, de dichtheidsmatrix is ​​scheidbaar gebleken, d.w.z., nul verstrengeling op zich. Nog altijd, deze formulering biedt een fysiek intuïtief beeld om de kwantumheid te onthullen die verborgen is in de thermische twee-foton OAM-toestand, zoals werd gekenmerkt door niet-nul geometrische onenigheid die kwantumcorrelaties onderscheidt die verder gaan dan verstrengeling.

Een volgende vraag rijst natuurlijk of een dergelijke niet-verstrengelde maar niet-klassieke thermische twee-fotontoestand kan worden onderzocht voor bruikbare kwantumtoepassingen. De auteur beantwoordde deze vraag positief door het kwantumteleportatieprotocol opnieuw te bekijken. De numerieke simulaties toonden aan dat, op het niveau van één foton, de thermische twee-foton OAM-toestand kan worden benut voor het teleporteren van een hoogdimensionale OAM-toestand, waarin de opgehaalde staat slechts een mengsel is van een exacte replica van de oorspronkelijke staat en een maximaal gemengde achtergrond.

In tegenstelling tot tweedimensionale polarisatietoestand, de OAM eigentoestanden vormen een oneindig-dimensionale, orthogonaal, en volledige basis. Daarom, een optisch beeld met complexe amplitude kan op equivalente wijze worden weergegeven door een hoogdimensionale OAM-toestandsvector. Dus, de mogelijkheid om een ​​Clover-afbeelding van zowel amplitude- als fasemodulatie te teleporteren werd ook theoretisch aangetoond, met meerdere herhalingen van het protocol.

Professor Chen vat het werkingsprincipe van het protocol als volgt samen:"Het lichtveld, uitgezonden door een thermische lichtbron, is verdeeld in twee paden door een niet-polariserende bundelsplitser, die de thermische twee-foton OAM-toestand genereert. Het foton in het ene pad is gericht op interactie met een ander derde foton (gecodeerd met het Clover-beeld met complexe amplitude) in de hoogdimensionale Bell-toestandsmeting (BSM) -fase. Afhankelijk van de BSM-resultaten en na te zijn uitgevoerd met een juiste unitaire operatie, het foton in het andere pad wordt gestuurd om een ​​ICCD-camera te raken die in de triggermodus werkt. Vervolgens, het originele beeld kan correct worden opgehaald door de ICCD-camera, met meerdere herhalingen van ons protocol."

"In het huidige voorstel de juiste overdracht van een afbeelding wordt verzekerd door de pure hoogdimensionale OAM-verstrengelingscomponent, terwijl de diagonale volledig gemengde component slechts een karakterloze achtergrond teweegbrengt." Hij voegde eraan toe.

"In de toekomst, mijn theoretische raamwerk kan ook vragen om verdere studies over het gebruik van thermische multi-fotontoestanden om enkele nieuwe kwantuminformatietaken te demonstreren, zoals voorbereiding op afgelegen toestanden en nieuwe beeldvorming met niet-gedetecteerde fotonen." Voorspelt professor Chen.