Încrucișarea fotonului reînviat ar putea îmbunătăți comunicarea cuantică și imagistica   

Cercetătorii din India au arătat că încrucișarea fotonilor într-o anumită bază variabilă continuă se reînvie pe măsură ce fotonii se propagă departe de sursa lor. Descoperirea s-ar putea dovedi utilă pentru transmiterea în siguranță a informațiilor cuantice pe distanțe lungi și pentru imagistica cuantică în medii turbulente.

Întreruperea cuantică între fotoni este explorată pe larg de către fizicieni, adesea cu scopul de a dezvolta noi tehnologii cuantice pentru calcul, comunicare, detecție și imagistică. Unele aplicații potențiale necesită trimiterea de fotoni încâlciți pe distanțe lungi sau prin medii turbulente fără pierderi. Cu toate acestea, în prezent este foarte dificil să se păstreze anumite tipuri de încurcături în aceste circumstanțe - iar succesul poate depinde de mulți factori, inclusiv de modul în care informațiile cuantice sunt codificate în fotoni.

Acum Anand Jha și colegii de la Laboratorul de Optică Cuantică și Entanglement de la Institutul Indian de Tehnologie Kanpur au oferit o posibilă soluție prin utilizarea pozițiilor unghiulare ale fotonilor pentru a codifica informații. Ei au observat că încurcarea pare să dispară pe măsură ce fotonii se propagă, dar apoi reapare în mod ciudat. Ei au arătat, de asemenea, că renașterea încurcăturii are loc chiar și după ce fotonii călătoresc prin aer turbulent, care ar distruge în mod normal încurcarea. Ei își descriu cercetările în Avansuri de știință.

Încurcarea fotonilor

Fotonii au multe grade diferite de libertate care pot fi folosiți pentru a codifica informații cuantice. Alegerea depinde de tipul de informații care trebuie codificate. Pentru qubiți, pot fi utilizate proprietăți discrete, cum ar fi polarizarea sau momentul unghiular orbital al unui foton. Dar uneori, în special în scopuri de detectare și imagistică, este mai bine să codificați informațiile cuantice într-un mod mai continuu. În astfel de aplicații, cea mai explorată proprietate încâlcită – sau „bază” – este poziția unui foton dată de coordonatele sale carteziene.

Fenomenul de încurcare cuantică conferă particulelor o relație mai strânsă decât este permisă de fizica clasică și este independent de ce bază specială este utilizată pentru a codifica informațiile cuantice. Cu toate acestea, modul în care este folosită sau măsurată încurcarea într-un experiment poate să nu fie independent de bază. Acest lucru se aplică unui „martor”, care este o mărime matematică care determină dacă un sistem este încurcat. Martorii sunt dependenți de bază pentru baze continue și această dependență înseamnă că unele tipuri de încurcătură continuă pot fi mai utile decât altele.

Pentru baza poziției-impuls, încurcarea, așa cum este văzută prin martor, se stinge foarte repede pe măsură ce fotonii se propagă departe de sursa lor. Pentru a evita acest lucru, oamenii de știință de obicei imaginează sursa însăși pentru a folosi încurcarea dintre fotoni. Orice turbulență în cale distruge, de asemenea, rapid încâlcirea, necesitând soluții complexe, cum ar fi optica adaptivă, pentru a o reînvia. Acești pași de corecție suplimentari limitează utilitatea acestor fotoni încâlciți.

Această ultimă cercetare a lui Jha și a colegilor explorează modul în care poate fi păstrată încurcarea folosind o bază alternativă strâns legată - poziția unghiulară a unui foton.

Generarea, pierderea și revigorarea încurcăturii

În experimentul lor, cercetătorii au generat fotoni încâlciți trimițând lumină de la un laser „pompă” de mare putere într-un cristal neliniar. În condițiile în care energiile și momentele fotonilor sunt conservate, un foton de pompă va produce doi fotoni încâlciți într-un proces numit conversie parametrică în jos spontană (SPDC). Cei doi fotoni sunt încâlciți în toate proprietățile lor. Dacă un foton este detectat într-o locație, de exemplu, poziția celuilalt foton încurcat este determinată automat. Corelația există și pentru alte mărimi, cum ar fi momentul, poziția unghiulară și momentul unghiular orbital.

După cum s-a văzut de către martor, fără nicio măsură corectivă, cercetătorii au observat că încurcarea poziției dintre fotoni dispare după aproximativ 4 cm de propagare. Pe de altă parte, ceva interesant se întâmplă pentru încurcarea poziției unghiulare. Dispare dupa aproximativ 5 cm de propagare, dar dupa ce fotonii au parcurs inca 20 cm, apare din nou incurcarea (vezi figura). Cercetătorii și-au coroborat rezultatele experimentale calitativ cu un model numeric.

Metoda de distilare întărește întricarea cuantică într-o singură pereche de fotoni

Aceeași tendință a fost observată atunci când echipa a creat un mediu turbulent în calea fotonilor încâlciți. Acest lucru a fost realizat folosind un încălzitor cu suflare pentru a agita aerul și pentru a-i schimba indicele de refracție. În acest caz, încurcarea a fost reînviată după ce lumina s-a propagat pe o distanță mai mare de aproximativ 45 cm.

Nu se știe încă pe deplin ce cauzează reapariția încurcăturii în baza poziției unghiulare. Baza este specială, deoarece se înfășoară după un cerc complet. Acesta este unul dintre factorii săi distinctivi, potrivit lui Jha.

Chiar dacă studiul demonstrează robustețe pe distanțe mai mici de un metru, Jha și colegii susțin că renașterea este posibilă și pe distanțe de kilometri. Acest lucru ar putea face posibilă transmiterea informațiilor cuantice prin turbulențele atmosferice fără a distruge încâlcirea. Robustitatea prin turbulență ar putea permite, de asemenea, imagistica cuantică a obiectelor în medii biochimice neclare, cu invazie sau distrugere minimă.

• Distribuție de conținut bazat pe SEO și PR. Amplifică-te astăzi.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Cunoștințe amplificate. Accesați Aici.
• Sursa: https://physicsworld.com/a/revived-photon-entanglement-could-enhance-quantum-communication-and-imaging/