Sự vướng víu photon được hồi sinh có thể tăng cường giao tiếp và hình ảnh lượng tử   

Các nhà nghiên cứu ở Ấn Độ đã chỉ ra rằng sự vướng víu của photon trong một cơ sở biến đổi liên tục nhất định sẽ tự phục hồi khi các photon lan truyền ra khỏi nguồn của chúng. Phát hiện này có thể tỏ ra hữu ích cho việc truyền thông tin lượng tử một cách an toàn trên khoảng cách xa và cho việc chụp ảnh lượng tử trong môi trường nhiễu loạn.

Sự vướng víu lượng tử giữa các photon đang được các nhà vật lý khám phá rộng rãi, thường với mục đích phát triển các công nghệ lượng tử mới cho điện toán, truyền thông, cảm biến và hình ảnh. Một số ứng dụng tiềm năng yêu cầu gửi các photon vướng víu trên khoảng cách xa hoặc qua môi trường hỗn loạn mà không bị mất mát. Tuy nhiên, hiện tại rất khó để duy trì một số loại vướng víu nhất định trong những trường hợp này – và thành công có thể phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm cách thông tin lượng tử được mã hóa trong các photon.

Hiện nay Anand Jha và các đồng nghiệp tại Phòng thí nghiệm quang lượng tử và vướng víu tại Viện Công nghệ Ấn Độ Kanpur đã cung cấp một giải pháp khả thi bằng cách sử dụng các vị trí góc của photon để mã hóa thông tin. Họ quan sát thấy rằng sự vướng víu dường như biến mất khi các photon lan truyền, nhưng sau đó lại xuất hiện một cách kỳ lạ. Họ cũng chỉ ra rằng sự hồi sinh của hiện tượng vướng víu xảy ra ngay cả sau khi các photon di chuyển qua không khí hỗn loạn, thứ thường phá hủy sự vướng víu. Họ mô tả nghiên cứu của họ trong Những tiến bộ khoa học.

vướng víu photon

Photon có nhiều bậc tự do khác nhau có thể dùng để mã hóa thông tin lượng tử. Sự lựa chọn phụ thuộc vào loại thông tin phải được mã hóa. Đối với các qubit, có thể sử dụng các thuộc tính rời rạc như độ phân cực hoặc xung lượng góc quỹ đạo của một photon. Nhưng đôi khi, đặc biệt là đối với các mục đích cảm biến và hình ảnh, tốt hơn là nên mã hóa thông tin lượng tử theo cách liên tục hơn. Trong những ứng dụng như vậy, thuộc tính vướng víu được khám phá nhiều nhất – hay “cơ sở” – là vị trí của một photon được cho bởi tọa độ cartesian của nó.

Hiện tượng rối lượng tử tạo ra cho các hạt một mối quan hệ chặt chẽ hơn mức mà vật lý cổ điển cho phép và không phụ thuộc vào cơ sở cụ thể nào được sử dụng để mã hóa thông tin lượng tử. Tuy nhiên, cách sử dụng hoặc đo lường độ vướng víu trong một thử nghiệm có thể không phụ thuộc vào cơ sở. Điều này áp dụng cho một "nhân chứng" vướng víu, là một đại lượng toán học xác định liệu một hệ thống có bị vướng víu hay không. Nhân chứng là căn tùy thuộc vào các căn liên tục và sự phụ thuộc này có nghĩa là một số loại liên tục vướng víu có thể hữu ích hơn những loại khác.

Đối với cơ sở vị trí-động lượng, sự vướng víu, như được quan sát qua nhân chứng, biến mất rất nhanh khi các photon truyền ra khỏi nguồn của chúng. Để giải quyết vấn đề này, các nhà khoa học thường chụp ảnh nguồn để sử dụng sự vướng víu giữa các photon. Bất kỳ sự nhiễu loạn nào trên đường dẫn cũng nhanh chóng phá hủy sự vướng víu, đòi hỏi các giải pháp phức tạp như quang học thích ứng để hồi sinh nó. Các bước hiệu chỉnh bổ sung này hạn chế tiện ích của các photon vướng víu này.

Nghiên cứu mới nhất này của Jha và các đồng nghiệp khám phá cách có thể duy trì sự vướng víu bằng cách sử dụng một cơ sở thay thế có liên quan chặt chẽ – vị trí góc của một photon.

Tạo, mất và phục hồi sự vướng víu

Trong thí nghiệm của họ, các nhà nghiên cứu đã tạo ra các photon vướng víu bằng cách gửi ánh sáng từ một tia laser “bơm” năng lượng cao vào một tinh thể phi tuyến. Trong các điều kiện mà năng lượng và xung lượng của photon được bảo toàn, một photon bơm sẽ tạo ra hai photon vướng víu trong một quá trình gọi là chuyển đổi tham số xuống tự phát (SPDC). Hai photon bị vướng vào tất cả các tính chất của chúng. Ví dụ, nếu một photon được phát hiện tại một vị trí, thì vị trí của photon vướng víu kia sẽ tự động được xác định. Mối tương quan cũng tồn tại đối với các đại lượng khác, chẳng hạn như động lượng, vị trí góc và động lượng góc quỹ đạo.

Như đã thấy qua nhân chứng mà không có bất kỳ biện pháp khắc phục nào, các nhà nghiên cứu đã quan sát thấy rằng vị trí vướng víu giữa các photon biến mất sau khoảng 4 cm truyền. Mặt khác, một điều thú vị xảy ra đối với sự vướng víu vị trí góc. Nó biến mất sau khi truyền được khoảng 5 cm, nhưng sau khi các photon di chuyển thêm 20 cm nữa, hiện tượng vướng víu lại xuất hiện (xem hình). Các nhà nghiên cứu đã chứng thực kết quả thí nghiệm của họ một cách định tính bằng một mô hình số.

Phương pháp chưng cất tăng cường sự vướng víu lượng tử trong một cặp photon đơn lẻ

Xu hướng tương tự cũng được quan sát thấy khi nhóm nghiên cứu tạo ra một môi trường hỗn loạn trên đường đi của các photon vướng víu. Điều này được thực hiện bằng cách sử dụng máy thổi khí để khuấy động không khí và thay đổi chỉ số khúc xạ của nó. Trong trường hợp này, sự vướng víu đã hồi sinh sau khi ánh sáng truyền đi một khoảng cách dài hơn khoảng 45 cm.

Người ta vẫn chưa biết đầy đủ nguyên nhân khiến sự vướng víu trong cơ sở vị trí góc xuất hiện trở lại. Cơ sở là đặc biệt bởi vì nó bao quanh sau một vòng tròn đầy đủ. Đó là một trong những yếu tố phân biệt của nó, theo Jha.

Mặc dù nghiên cứu chứng minh sự mạnh mẽ trong khoảng cách dưới một mét, Jha và các đồng nghiệp khẳng định rằng sự hồi sinh cũng có thể xảy ra trên khoảng cách hàng km. Điều này có thể giúp truyền thông tin lượng tử qua nhiễu loạn khí quyển mà không phá hủy sự vướng víu. Độ bền thông qua nhiễu loạn cũng có thể cho phép chụp ảnh lượng tử các vật thể trong môi trường sinh hóa mờ với sự xâm lấn hoặc phá hủy tối thiểu.

• Phân phối nội dung và PR được hỗ trợ bởi SEO. Được khuếch đại ngay hôm nay.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Khuếch đại kiến ​​thức. Truy cập Tại đây.
• nguồn: https://physicsworld.com/a/revived-photon-entanglement-could-enhance-quantum-communication-and-imaging/