Polarisaatio ja holografinen informaatio lomittuvat kvanttihologrammiin

Kvanttilomittuminen on perustavanlaatuinen ilmiö luonnossa ja yksi kvanttimekaniikan kiehtovimmista puolista. Tätä ainutlaatuista ominaisuutta on hyödynnetty sellaisissa sovelluksissa kuin kvanttilaskenta ja kvanttiviestintä.

Yleinen menetelmä lomittumisen tuottamiseksi on epälineaarisen kiteen kautta, joka tuottaa fotonipareja, joissa lomittunut polarisaatio saavutetaan spontaanin parametrisen alasmuunnoksen (SPDC) avulla: jos yhden fotonin mitataan olevan vaakasuoraan polarisoitunut, toisen on aina pystypolarisoitunut ja päinvastoin.

Äskettäin julkaistussa tutkimuksessa Hongkongin ja Yhdistyneen kuningaskunnan tutkijat esittelivät uudenlaisen lähestymistavan kvanttihologrammien luomiseen metapintojen avulla. Suunnittelemalla huolellisesti nanorakenteiden suunnat metapinnan sisällä, ne mahdollistivat kvanttihologrammin luomisen, jossa holografinen ja polarisaatioinformaatio lomittuvat.

"Olemme osoittaneet, että metapinnat toimivat monipuolisena alustana kvanttihologrammien luomiseen. Näiden kvanttihologrammien lomittumisominaisuus paljastuu edelleen projisoimalla yksi fotoni erilaisiin polarisaatiotiloihin, jotka vastaavat muualla havaittuja interferenssivaikutuksia", selitti Exeterin yliopiston professori ja vanhempi kirjoittaja Jensen Li.

Lähestymistapa tarjoaa kompaktin mutta joustavan menetelmän, jota on vaikea saavuttaa tavanomaisilla materiaaleilla. Osoittaakseen tutkijat loivat onnistuneesti neljä holografista kirjainta - "H", "V", "D" ja "A" - lomittuneena parillisten fotonien polarisaatioon. Valitsemalla eri polarisaattorisuunnat yhdelle fotonille, tietyt kirjaimet hologrammista voidaan poistaa selektiivisesti, mikä osoittaa tarkan hallinnan lomittuneen holografisen informaation suhteen.

Perusmerkityksensä lisäksi tämä tutkimus lupaa myös käytännön sovellutuksia, kuten kvanttiviestintää, koodaamalla informaatiota sekä kirjaimiin että polarisaatiotiloihin. "Monimutkaisemmilla lomittumismalleilla voimme ehkä lisätä informaatiokapasiteettia kvanttiavainten jakelussa, mikä on turvallinen tapa kommunikoida", sanoi Hong Liang, tutkimuksen toinen kirjoittaja. "Uskomme, että metapinnat voivat merkittävästi pienentää kvanttioptisten järjestelmien kokoa, mikä tekee tästä tekniikasta paljon käytännöllisemmän jokapäiväiseen käyttöön."

Lisäksi tutkijat ehdottavat, että metapintoja voidaan käyttää väärennösten torjuntaan. Sen lisäksi, että metapinnan replikointi on vaikeaa, kirjainten ja polarisaatiotilojen monimutkainen suhde ja eri hologrammien välinen suhteellinen vaiheprofiili luo ainutlaatuisen kuvion, joka on äärimmäisen haastava toistaa, mikä parantaa turvallisuutta väärennösten varalta.

Aiheesta aiemmin:

Tekoäly pakkaa ja 3D-tulostettu dekooderi purkaa

Kohti hologarfista videokonferenssia

Kolmiulotteista holografiaa videona