Lumina structurată pentru o rețea cuantică de computere

     Mecanica cuantică studiază tiparele de lumină pentru a crea un alfabet care poate fi exploatat pentru a construi o rețea cuantică bazată pe lumină, informează revista IT-Online din Republica Africa de Sud. Lumina structurată este o modalitate fantezistă, dar pertinentă de a descrie tiparele sau imaginile luminii, astfel încât promite comunicări viitoare care vor fi atât mai rapide cât și mai sigure.

     Mecanica cuantică a parcurs un drum lung în ultimii 100 de ani, dar mai are un drum lung de parcurs. Conform revistei americane AVS Quantum Science, de la AIP Publishing, cercetătorii de la Universitatea din Witwatersrand din Johannesburg, Africa de Sud analizează progresele înregistrate în utilizarea luminii structurate în protocoale cuantice pentru a crea un alfabet de codificare mai mare, o securitate mai puternică și o mai bună rezistență la zgomot.

"Ceea ce ne dorim cu adevărat este să facem mecanică cuantică cu tipare de lumină", spune co-autorul acestei cercetări, profesor Andrew Forbes de la Facultatea de Fizică de la Universitatea din Witwatersrand. "Prin aceasta, ne referim la faptul că lumina vine într-o varietate de modele care pot fi făcute unice - precum fețele noastre". Deoarece tiparele de lumină se pot distinge între ele, ele pot fi folosite ca formă de alfabet. "Cel mai interesant este că există, în principiu cel puțin, un set infinit de modele, astfel încât este disponibil un alfabet infinit", spune el.

     În mod tradițional, protocoalele cuantice au fost implementate cu polarizarea luminii, care are doar două valori - un sistem pe două niveluri, cu o capacitate maximă de informare pe foton de doar 1 bit. Dar, folosind modele de lumină ca alfabet, capacitatea informațională este mult mai mare. De asemenea, securitatea sa este mai puternică, iar rezistența la zgomot (precum fluctuațiile luminoase de fond) este îmbunătățită.

     "Modelele de lumină sunt o rută către ceea ce numim stări de înaltă dimensiune", spune Forbes. "Sunt de dimensiuni ridicate, deoarece multe modele sunt implicate în procesul cuantic. Din păcate, setul de instrumente pentru gestionarea acestor tipare este încă slab dezvoltat și necesită multă muncă".

     Comunitatea de științe cuantice a făcut multe progrese notabile recente, atât în domeniul științei, cât și în tehnologiile derivate. De exemplu, acum a fost demonstrată schimbarea înțelegerii cu moduri spațiale de lumină, un ingredient de bază într-un repetor cuantic, în timp ce mijloacele de a comunica în siguranță între noduri sunt acum posibile prin protocoale de distribuție a cheilor cuantice de înaltă dimensiune. Împreună ne aduc un pic mai aproape de o rețea cuantică rapidă și sigură.

     În mod similar, s-a realizat construcția unor status-uri exotice multidimensionale de înaltă dimensiune pentru computerul cuantic, la fel ca și rezoluția îmbunătățită în imagistica fantomă (produsă prin combinarea luminii de la doi detectori de lumină). Cu toate acestea, rămâne dificil să se rupă dincolo de omniprezenții doi fotoni în două dimensiuni pentru controlul deplin al mai multor fotoni încurcați în dimensiuni mari.

"Știm să creăm și să detectăm fotoni împletiți în tipare", spune Forbes. "Dar nu avem într-adevăr un control bun asupra obținerii lor dintr-un punct în altul, deoarece acestea denaturează atmosfera și fibra optică. Și nu știm cu adevărat să extragem informații din ele. Este nevoie de prea multe măsurători în acest moment ", adaugă profesorul.

     Forbes și coautorul Isaac Nape au ajutat în regim de pionierat la utilizarea statelor hibride - un alt mare avans. Mecanica cuantică a manualelor vechi a fost făcută cu polarizarea.

"Se dovedește că multe protocoale pot fi implementate eficient cu instrumente mai simple prin combinarea modelelor cu polarizarea pentru cele mai bune din ambele lumi", spune Forbes. "În loc de două dimensiuni ale tiparelor, statele hibride permit accesul la stări multidimensionale, de exemplu, un set infinit de sisteme bidimensionale. Aceasta arată ca o cale promițătoare de a realiza cu adevărat o rețea cuantică bazată pe tiparele de lumină".