Keterikatan foton yang dihidupkan kembali dapat meningkatkan komunikasi dan pencitraan kuantum   

Para peneliti di India telah menunjukkan bahwa keterikatan foton dalam basis variabel kontinu tertentu menghidupkan kembali dirinya sendiri saat foton menyebar menjauh dari sumbernya. Penemuan ini terbukti berguna untuk mentransmisikan informasi kuantum dengan aman dalam jarak jauh dan untuk pencitraan kuantum dalam media yang bergejolak.

Keterikatan kuantum antara foton sedang dieksplorasi secara luas oleh fisikawan, seringkali dengan tujuan mengembangkan teknologi kuantum baru untuk komputasi, komunikasi, penginderaan, dan pencitraan. Beberapa aplikasi potensial memerlukan pengiriman foton terjerat jarak jauh atau melalui lingkungan turbulen tanpa kehilangan. Namun, saat ini sangat sulit untuk mempertahankan jenis keterikatan tertentu dalam keadaan seperti ini – dan kesuksesan dapat bergantung pada banyak faktor, termasuk bagaimana informasi kuantum dikodekan dalam foton.

Sekarang Anand Jha dan rekan-rekan di Laboratorium Optik Kuantum dan Belitan di Institut Teknologi India Kanpur telah memberikan solusi yang memungkinkan dengan menggunakan posisi sudut foton untuk menyandikan informasi. Mereka mengamati bahwa keterikatan tampaknya menghilang saat foton menyebar, tetapi kemudian muncul kembali secara aneh. Mereka juga menunjukkan bahwa kebangkitan keterikatan terjadi bahkan setelah foton bergerak melalui udara turbulen, yang biasanya akan menghancurkan keterikatan. Mereka menggambarkan penelitian mereka di Kemajuan ilmu pengetahuan.

Keterikatan foton

Foton memiliki banyak derajat kebebasan berbeda yang dapat digunakan untuk menyandikan informasi kuantum. Pilihannya tergantung pada jenis informasi yang harus dikodekan. Untuk qubit, sifat diskrit seperti polarisasi atau momentum sudut orbital foton dapat digunakan. Namun terkadang, terutama untuk tujuan penginderaan dan pencitraan, lebih baik menyandikan informasi kuantum dengan cara yang lebih berkelanjutan. Dalam aplikasi semacam itu, properti terjerat yang paling banyak dieksplorasi – atau “basis” – adalah posisi foton yang diberikan oleh koordinat kartesiusnya.

Fenomena keterikatan kuantum memberikan partikel hubungan yang lebih dekat daripada yang diperbolehkan oleh fisika klasik dan tidak bergantung pada dasar tertentu yang digunakan untuk menyandikan informasi kuantum. Namun, cara keterjeratan digunakan atau diukur dalam eksperimen mungkin tidak bergantung pada basis. Hal ini berlaku untuk “saksi” keterjeratan, yang merupakan besaran matematis yang menentukan apakah suatu sistem terjerat. Saksi bergantung pada basis untuk basis yang berkelanjutan dan ketergantungan ini berarti bahwa beberapa jenis keterikatan berkelanjutan bisa lebih berguna daripada yang lain.

Untuk basis posisi-momentum, keterjeratan, seperti yang terlihat melalui saksi, hilang dengan sangat cepat ketika foton merambat menjauh dari sumbernya. Untuk menyiasatinya, para ilmuwan biasanya mencitrakan sumbernya sendiri dengan menggunakan belitan antar foton. Turbulensi apa pun di jalur tersebut juga dengan cepat menghancurkan keterjeratan tersebut, sehingga memerlukan solusi kompleks seperti optik adaptif untuk menghidupkannya kembali. Langkah-langkah perbaikan tambahan ini membatasi kegunaan foton yang terjerat ini.

Penelitian terbaru oleh Jha dan rekannya mengeksplorasi bagaimana keterikatan dapat dipertahankan dengan menggunakan basis alternatif yang terkait erat – posisi sudut foton.

Menghasilkan, menghilangkan, dan menghidupkan kembali keterikatan

Dalam percobaan mereka, para peneliti menghasilkan foton terjerat dengan mengirimkan cahaya dari laser "pompa" berkekuatan tinggi ke dalam kristal nonlinier. Dalam kondisi di mana energi dan momentum foton dilestarikan, satu foton pompa akan menghasilkan dua foton terjerat dalam proses yang disebut konversi turun parametrik spontan (SPDC). Kedua foton terjerat dalam semua propertinya. Jika foton terdeteksi di satu lokasi, misalnya, posisi foton terjerat lainnya ditentukan secara otomatis. Korelasi juga ada untuk besaran lain, seperti momentum, posisi sudut, dan momentum sudut orbit.

Seperti yang terlihat melalui saksi tanpa tindakan korektif, para peneliti mengamati bahwa keterikatan posisi antara foton menghilang setelah sekitar 4 cm propagasi. Di sisi lain, sesuatu yang menarik terjadi untuk keterikatan posisi sudut. Ia menghilang setelah sekitar 5 cm perambatan, tetapi setelah foton menempuh jarak 20 cm lagi, keterikatan muncul lagi (lihat gambar). Para peneliti menguatkan hasil eksperimen mereka secara kualitatif dengan model numerik.

Metode distilasi memperkuat belitan kuantum dalam satu pasang foton

Kecenderungan yang sama diamati ketika tim menciptakan lingkungan yang bergejolak di jalur foton yang terjerat. Ini dilakukan dengan menggunakan pemanas tiup untuk mengaduk udara dan mengubah indeks biasnya. Dalam hal ini keterikatan dihidupkan kembali setelah cahaya merambat pada jarak yang lebih jauh sekitar 45 cm.

Belum sepenuhnya diketahui apa yang menyebabkan keterikatan pada basis posisi sudut muncul kembali. Dasarnya istimewa karena membungkus setelah satu lingkaran penuh. Itu salah satu faktor pembedanya, menurut Jha.

Meskipun penelitian ini menunjukkan kekokohan pada jarak kurang dari satu meter, Jha dan rekannya mengklaim bahwa kebangkitan juga dimungkinkan pada jarak kilometer. Hal ini memungkinkan untuk mengirimkan informasi kuantum melalui turbulensi atmosfer tanpa merusak keterikatan. Kekokohan melalui turbulensi juga memungkinkan pencitraan kuantum objek dalam lingkungan biokimia fuzzy dengan invasi atau kehancuran minimal.

• Konten Bertenaga SEO & Distribusi PR. Dapatkan Amplifikasi Hari Ini.
• Platoblockchain. Intelijen Metaverse Web3. Pengetahuan Diperkuat. Akses Di Sini.
• Sumber: https://physicsworld.com/a/revived-photon-entanglement-could-enhance-quantum-communication-and-imaging/