復活した光子エンタングルメントは、量子通信とイメージングを強化する可能性があります   

インドの研究者は、光子がその源から離れて伝播するにつれて、特定の連続変数ベースでの光子のもつれが復活することを示しました。 この発見は、量子情報を長距離にわたって安全に送信したり、乱流媒体での量子イメージングに役立つ可能性があります。

光子間の量子もつれは物理学者によって広く研究されており、多くの場合、コンピューティング、通信、センシング、およびイメージングのための新しい量子技術を開発することを目的としています。 一部の潜在的なアプリケーションでは、絡み合った光子を長距離にわたって、または乱流環境を通じて損失なく送信する必要があります。 しかし、現在、このような状況下で特定の種類のエンタングルメントを維持することは非常に困難です。成功は、量子情報が光子にどのようにエンコードされるかなど、多くの要因に依存する可能性があります。

Now アナンド・ジャ との同僚 量子光学エンタングルメント研究室 インド工科大学のカンプールは、光子の角度位置を使用して情報をエンコードすることにより、可能な解決策を提供しました。 彼らは、光子が伝播するにつれてエンタングルメントが消えるように見えるが、奇妙なことに再び現れることを観察した. 彼らはまた、通常ならエンタングルメントを破壊する乱気流中を光子が移動した後でも、エンタングルメントの復活が起こることを示した。 彼らは自分たちの研究を 科学の進歩.

光子エンタングルメント

光子には、量子情報のエンコードに使用できるさまざまな自由度があります。 どちらを選択するかは、エンコードする必要がある情報の種類によって異なります。 量子ビットの場合、偏光や光子の軌道角運動量などの離散特性を使用できます。 しかし、特にセンシングやイメージングの目的では、量子情報をより連続的な方法でエンコードした方がよい場合があります。 このようなアプリケーションでは、最も調査されたエンタングル プロパティ (または「基底」) は、デカルト座標によって与えられる光子の位置です。

量子エンタングルメントの現象は、古典物理学で許容されるよりも密接な関係を粒子に与え、量子情報をエンコードするために使用される特定の基礎とは無関係です。 ただし、エンタングルメントが実験で使用または測定される方法は、基底に依存しない場合があります。 これは、エンタングルメントの「証人」に適用されます。これは、システムがエンタングルされているかどうかを決定する数学的な量です。 証人は連続基底に対して基底依存であり、この依存性は、ある種の連続エンタングルメントが他のものよりも有用であることを意味します。

位置-運動量ベースの場合、エンタングルメントは、証人を通して見られるように、光子がそのソースから離れて伝播するにつれて非常に急速に消滅します。 これを回避するために、科学者は通常、ソース自体をイメージして、光子間のエンタングルメントを使用します。 パス内の乱気流もエンタングルメントを急速に破壊し、それを復活させるために補償光学のような複雑なソリューションを必要とします。 これらの追加の修正手順は、これらの絡み合った光子の有用性を制限します。

Jha と同僚によるこの最新の研究では、光子の角度位置という、密接に関連する別の基底を使用することで、エンタングルメントをどのように維持できるかを探っています。

絡み合いの生成、喪失、復活

彼らの実験では、研究者は、高出力の「ポンプ」レーザーから非線形結晶に光を送ることによって、エンタングルされた光子を生成しました。 光子のエネルギーと運動量が保存される条件下では、自発的なパラメトリック ダウン コンバージョン (SPDC) と呼ばれるプロセスで、XNUMX つのポンプ光子が XNUMX つのエンタングルされた光子を生成します。 XNUMX つの光子は、すべてのプロパティでもつれています。 たとえば、光子が XNUMX つの場所で検出された場合、もう一方の絡み合った光子の位置が自動的に決定されます。 相関関係は、運動量、角位置、軌道角運動量など、他の量にも存在します。

修正手段なしで証人を通して見たように、研究者は、光子間の位置のもつれが約4cmの伝播後に消えることを観察しました。 一方、角位置エンタングルメントでは興味深いことが起こります。 エンタングルメントは約 5 cm 伝搬すると消えますが、光子がさらに 20 cm 移動すると、エンタングルメントが再び現れます (図を参照)。 研究者は、数値モデルを使用して実験結果を定性的に裏付けました。

蒸留法は、XNUMX対の光子における量子もつれを強化します

チームが絡み合った光子の経路に乱流環境を作成したときにも、同じ傾向が観察されました。 これは、ブローヒーターを使用して空気を攪拌し、屈折率を変化させました。 この場合、光が約 45 cm の長い距離を伝播した後、エンタングルメントが復活しました。

角位置基底のもつれが再発する原因はまだ完全にはわかっていません。 基礎は一周してから回り込むので特殊です。 Jha 氏によると、それがその際立った要因の XNUMX つです。

この研究はXNUMXメートル未満の距離での堅牢性を示していますが、Jhaと同僚は、キロメートルの距離でも復活が可能であると主張しています. これにより、エンタングルメントを破壊することなく、大気の乱流を介して量子情報を送信できる可能性があります。 乱流によるロバスト性により、侵入や破壊を最小限に抑えて、あいまいな生化学的環境でのオブジェクトの量子イメージングも可能になります。

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• 情報源： https://physicsworld.com/a/revived-photon-entanglement-could-enhance-quantum-communication-and-imaging/