La luz estructurada es una forma elegante de describir patrones o imágenes de luz, pero merecidamente, ya que promete comunicaciones futuras que serán tanto más rápidas como más seguras.
La mecánica cuántica ha recorrido un largo camino durante los últimos 100 años, pero todavía tiene un largo camino por recorrer. Ciencia cuántica AVS , de AIP Publishing, investigadores de la Universidad de Witwatersrand en Sudáfrica revisan el progreso realizado en el uso de luz estructurada en protocolos cuánticos para crear un alfabeto de codificación más grande, mayor seguridad y mejor resistencia al ruido.
"Lo que realmente queremos es hacer mecánica cuántica con patrones de luz", dijo el autor Andrew Forbes. "Con esto queremos decir que la luz viene en una variedad de patrones que pueden hacerse únicos, como nuestras caras".
Dado que los patrones de luz se pueden distinguir entre sí, se pueden usar como una forma de alfabeto ". Lo bueno es que hay, en principio, al menos, un conjunto infinito de patrones, por lo que hay un alfabeto infinito disponible," él dijo.
Tradicionalmente, los protocolos cuánticos se han implementado con la polarización de la luz, que tiene solo dos valores: un sistema de dos niveles con una capacidad máxima de información por fotón de solo 1 bit. Pero al usar patrones de luz como alfabeto, ella capacidad de información es mucho mayor. Además, su seguridad es más fuerte y se mejora la robustez al ruido como las fluctuaciones de la luz de fondo.
"Los patrones de luz son una ruta a lo que llamamos estados de alta dimensión", dijo Forbes. "Son de alta dimensión, porque muchos patrones están involucrados en el proceso cuántico. Desafortunadamente, el juego de herramientas para manejar estos patrones aún está subdesarrolladoy requiere mucho trabajo "
La comunidad de la ciencia cuántica ha hecho muchos avances recientes notables, tanto en la ciencia como en las tecnologías derivadas. Por ejemplo, el intercambio de enredos ahora se ha demostrado con modos espaciales de luz, un ingrediente central en un repetidor cuántico, mientras que los medios para comunicarse de forma seguraentre nodos ahora es posible a través de protocolos de distribución de claves cuánticas de alta dimensión. Juntos nos acercan un poco más a una red cuántica rápida y segura.
En una línea similar, se ha realizado la construcción de estados exóticos multidimensionales de alta dimensión para la computadora cuántica, al igual que la resolución mejorada en imágenes fantasmas producidas combinando la luz de dos detectores de luz. Sin embargo, sigue siendo un desafío superar lo omnipresentedos fotones en dos dimensiones para un control total de múltiples fotones enredados en altas dimensiones.
"Sabemos cómo crear y detectar fotones enredados en patrones", dijo Forbes. "Pero realmente no tenemos un buen control para llevarlos de un punto a otro, porque se distorsionan en la atmósfera y en la fibra óptica. Yrealmente no sabemos cómo extraer información eficientemente de ellos. Requiere demasiadas mediciones en este momento "
Forbes y su coautor Isaac Nape ayudaron a ser pioneros en el uso de estados híbridos, otro gran avance. La mecánica cuántica de los antiguos libros de texto se realizó con polarización.
"Resulta que muchos protocolos pueden implementarse eficientemente con herramientas más simples combinando patrones con polarización para lo mejor de ambos mundos", dijo Forbes. "En lugar de dos dimensiones de patrones, los estados híbridos permiten el acceso a estados multidimensionales, por ejemplo, un conjunto infinito de sistemas bidimensionales. Esto parece una forma prometedora de realizar una red cuántica basada en patrones de luz ".
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Materiales proporcionados por Instituto Americano de Física . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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