Işığın yüksek boyutlu, mekansal olarak karmaşık durumlarını aktarmak için doğrusal olmayan optikleri kullanan yeni bir protokol sayesinde kuantum bilgisi daha verimli bir şekilde iletilebilir. Güney Afrika, İspanya ve Almanya'daki araştırmacılar tarafından geliştirilen protokol, kuantum ışınlanmaya benziyor ve fotonların yörüngesel açısal momentum durumlarındaki bilgilerin kodlanmasına dayanıyor.

BB84 gibi kuantum iletişim protokolleri, iki tarafın (genellikle Alice ve Bob olarak bilinir) güvenli olmayan bir bağlantı üzerinden şifrelenmiş bilgi alışverişinde bulunmasına izin vererek çalışır. Bunu yapmak için, dolaşmış durumların kaynağını paylaşmaları gerekir. Bu tür durumlar, onları yok etmeden ölçülemez, dolayısıyla dolaşıklığı paylaşmayan üçüncü bir taraf, bilginin şifresini çözemez.

Ancak bu kurulumun çalışması için önce dolaşık durumların oluşturulması ve güvenli bir şekilde Alice ve Bob'a dağıtılması gerekir. Mükemmel güvenlik için bu dağılım, tek dolaşık parçacıkların paylaşılması yoluyla gerçekleşmelidir. Orijinal BB84 protokolü bunu, fotonların polarizasyon durumlarındaki dolaşıklığı kodlayarak yapmayı önerdi, ancak bu, her parçacığın yalnızca tek bir dolaşma biti iletmesine izin veriyor. Araştırmacılar bu nedenle daha verimli seçenekler aradılar.

Sarmal dalga cepheleri

Umut verici bir olasılık, yörünge açısal momentumu gibi farklı bir foton özelliğinin kullanılmasıdır. Bu, dalga cephelerinin düdük spiralleri gibi dönmesinden kaynaklanır. Dalga fonksiyonunun uzayda aynı noktada birden fazla değer almamasını sağlamak için her bir dalga cephesi, dalga boyu başına bir tamsayı sayıda dönmelidir, ancak teoride sınırsızdır. Polarizasyondan farklı olarak (dönme açısal momentum kuantum numarasıyla verilir), bu nedenle sonsuz sayıda kuantize edilmiş, dik durumlar ve bir fotonun alanının yapılandırılabileceği sonsuz boyutlu bir temel sağlar.

bölümünde açıklanan yeni çalışmada, Doğa İletişim, liderliğindeki araştırmacılar Andrew Forbes Witwatersrand Üniversitesi'nden bir ekip, prensipte Alice ve Bob'un tek bir foton ve doğrusal olmayan optik kullanarak aralarında yüksek boyutlu uzaysal bilgi aktarmalarına izin verebilecek bir protokol gösteriyor. Protokol, Bob'un doğrusal olmayan bir kristali bir lazerle pompalaması ve spontan parametrik aşağı dönüşüm adı verilen bir mekanizma yoluyla kristalin (bazen) zıt yörüngesel açısal momentuma sahip bir çift dolaşmış, daha düşük frekanslı foton üretmesine neden olmasıyla başlar. Her çiftten bir foton Alice'e gönderilirken diğer foton Bob'ta kalır.

Bu arada Alice, iletmek istediği uzaysal bilgiyi, kendi lazerinden yayılan fotonların yörüngesel açısal momentumlarına kodluyor. Bu fotonları, Bob'dan gelen fotonları da alan ikinci bir doğrusal olmayan kristale yönlendiriyor. Bob'dan gelen fotonlar hiçbir bilgi taşımaz, ancak Alice'in kristaline girdiklerinde bunların küçük bir kısmı, toplam frekans üretimi adı verilen doğrusal olmayan başka bir optik süreçten geçer. Bu, eğer Alice ve Bob'dan gelen fotonlar eşit ve zıt açısal momentuma sahipse, iki fotonun ara sıra daha yüksek frekanslı tek bir foton üretmesine olanak tanıyan, etkili bir şekilde kendiliğinden parametrik aşağı dönüşümdür. Alice, dedektörüne bu kadar yüksek frekanslı bir fotonun geldiğini bildirdiğinde Bob, fotonun açısal momentumunu ölçer.

Bir kaynak olarak dolaşıklık

Dikkat çekici bir şekilde, bu süreç bir kuantum tekrarlayıcıda gerekli olan türden bir "dolaşıklık değişimini" başaramıyor. Bunun için, ilk kristale giren fotonların ikinciden çıkan fotonlarla dolaşması ve Alice'in kristaline gönderdiği tutarlı durumun doğrudan Bob'da kalan fotonun durumuna aktarılması gerekir. Bu, yukarı-dönüştürme ve aşağı-dönüşüm süreçlerinde, burada kullanılan doğrusal olmayan optiklerde şu anda mümkün olandan çok daha fazla verimlilik gerektirecektir.

Bunun yerine araştırmacılar, eğer bir foton hem aşağı dönüşüm hem de toplam frekans farklılaşmasında yer alıyorsa, Bob'un kendiliğinden parametrik aşağı dönüşüm sürecinden aktarılmayan fotonların, Alice'in kullandığı fotonlarla aynı yörüngesel açısal momentuma sahip olması gerektiği gerçeğini kullanıyor. mekansal bilgiyi kodlar. Dolayısıyla Bob, kendi iletilmeyen fotonunu ölçerek bilgiyi çözebilir, ancak bu fotona sahip olmayan hiç kimse bunu yapamaz. Ekip üyesi "Dolaşıklığı bir kaynak olarak kullanıyoruz" diye açıklıyor Adam Vallés Barselona'daki Fotonik ve Optik Bilimler Enstitüsü'nden Dr.

Kesin bilgi

Araştırmacılar, laboratuvarda fotonlar için 15 farklı açısal momentum kullanarak gösterdikleri planın, bankalar ve diğer varlıklar için kuantum güvenli bir kimlik doğrulama sistemi üretebileceğine inanıyorlar. Forbes, "Diyelim ki göndermek istediğiniz gizli bir bilgi var; bu bir parmak izi, bir kimlik belgesi veya buna benzer bir şey olabilir" diyor. "Size gönderilen ve planımızın çalışmasını sağlayan bir fotonunuz var, Bob'dan veya bankadan gelen bu fotonu, göndermek istediğiniz bilgilerle örtüştürürsünüz ve dedektörünüzde bir tıklama alırsınız. Bunu yaptığınızda ve bu bilgiyi bankayla paylaştığınızda, banka da göndermek istediğiniz bilgiyi alır.”

Jonathan LeachAraştırmada yer almayan Birleşik Krallık Heriot-Watt Üniversitesi'nden kuantum optik uzmanı, bunu "güzel bir deney ve çok önemli bir çalışma" olarak tanımlıyor. Bununla birlikte, ekibin makalesinin bir de şunu eklediğini ekliyor: benzer iş Çin'in Xiamen Üniversitesi'ndeki araştırmacılar tarafından yapılan bir araştırma, araştırmacıların yüksek boyutlu kuantum durumlarını ışınladıkları yönündeki ilk iddialarında bazı tartışmalara yol açtı. Leach, "Kuantum ışınlamanın ve her türlü ışınlanmanın özünde, yeni bir konuma taşınan bir duruma sahip olmanız ve bu süreçte orijinalin yok edilmesi yatmaktadır" diyor. Bunun burada gerçekten doğru olmadığını ekliyor, çünkü Alice'in toplam frekans farklılaşmasına uğraması ve Bob tarafından tespit edilmesi için kuantum durumunun birçok kopyasını oluşturmak üzere bir lazer kullanması gerekiyor, dolayısıyla orijinal durum hala Alice'in durumunda mevcut. son.

Fizikçi Dan Gauthier ABD'deki Ohio Eyalet Üniversitesi'nden bir araştırmacı ise daha az hevesli; diğer grupların da daha az ayrıntılı yöntemler kullanarak benzer çalışmalar yaptığını savunuyor. Ayrıca protokolün kendisinde de bir dezavantaj görüyor: "Kuantum dilinde buna yansıtmalı ölçüm denir" diyor; “Foton aradığınız durumdaysa bir tıklama görürsünüz. Değilse hiçbir bilgi elde edemezsiniz. Dolayısıyla, eğer d boyutlu bir uzaya sahiplerse, yaptıkları işin gerçek faydası tamamen kaybolur çünkü her ölçüm yaptıklarında, bunu yapmak için doğru modu seçme şansları yalnızca 1/d'dir." Araştırmacılar bu eleştiriyi kabul ediyor ve düzeltmek için çalışıyorlar.

• SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
• PlatoData.Network Dikey Üretken Yapay Zeka. Kendine güç ver. Buradan Erişin.
• PlatoAiStream. Web3 Zekası. Bilgi Genişletildi. Buradan Erişin.
• PlatoESG. karbon, temiz teknoloji, Enerji, Çevre, Güneş, Atık Yönetimi. Buradan Erişin.
• PlatoSağlık. Biyoteknoloji ve Klinik Araştırmalar Zekası. Buradan Erişin.
• Kaynak: https://physicsworld.com/a/new-protocol-transmits-quantum-information-in-complex-states-of-light/