Naukowcy z University of Oklahoma przeprowadzili badanie opublikowane niedawno w Science Advances, które dowodzi zasady wykorzystania korelacji przestrzennych w splątanych kwantowo wiązkach światła do kodowania informacji i umożliwienia ich bezpiecznej transmisji.
Światło może być używane do kodowania informacji w celu przesyłania danych z dużą szybkością, komunikacji na duże odległości i nie tylko. Jednak w przypadku bezpiecznej komunikacji kodowanie dużych ilości informacji w świetle wiąże się z dodatkowymi wyzwaniami, jeśli chodzi o zapewnienie prywatności i integralności przesyłanych danych.
Alberto Marino, profesor prezydencki Teda S. Webba w Homer L. Dodge College of Arts, prowadził badania wraz z doktorantem z OU i pierwszym autorem badania Gauravem Niralą oraz współautorami Siva T. Pradyumna i Ashok Kumar. Marino zajmuje również stanowiska w OU’s Center for Quantum Research and Technology oraz w Quantum Science Center, Oak Ridge National Laboratory.
„Ideą projektu jest możliwość wykorzystania właściwości przestrzennych światła do kodowania dużych ilości informacji, tak jak w przypadku obrazu zawierającego informacje. Jednak aby móc to zrobić w sposób zgodny z sieciami kwantowymi dla bezpiecznego przesyłania informacji.Kiedy rozważasz obraz, można go zbudować, łącząc podstawowe wzorce przestrzenne znane jako tryby, i w zależności od tego, jak połączysz te tryby, możesz zmienić obraz lub zakodowane informacje “- powiedział Marino.
„To, co tutaj robimy, jest nowe i inne, polega na tym, że nie używamy tych trybów tylko do kodowania informacji; używamy korelacji między nimi” – dodał. „Używamy dodatkowych informacji o tym, jak te tryby są połączone, aby zakodować informacje”.
Naukowcy wykorzystali dwie splątane wiązki światła, co oznacza, że fale świetlne są ze sobą powiązane korelacjami silniejszymi niż te, które można osiągnąć za pomocą światła klasycznego i pozostają ze sobą połączone pomimo dzielącej ich odległości.
„Zaletą podejścia, które wprowadzamy, jest to, że nie jesteś w stanie odzyskać zakodowanych informacji, chyba że wykonasz wspólne pomiary dwóch splątanych wiązek” – powiedział Marino. „Ma to takie zastosowania, jak bezpieczna komunikacja, biorąc pod uwagę, że gdybyś mierzył każdą wiązkę osobno, nie byłbyś w stanie wyodrębnić żadnych informacji. Musisz uzyskać wspólne informacje między obiema wiązkami i połączyć je we właściwy sposób wydobyć zakodowane informacje”.
Poprzez serię obrazów i pomiarów korelacji naukowcy zademonstrowali wyniki pomyślnego kodowania informacji w tych splątanych kwantowo wiązkach światła. Dopiero po połączeniu dwóch wiązek przy użyciu zamierzonych metod informacja została przekształcona w rozpoznawalną informację zakodowaną w postaci obrazów.
„Wynik eksperymentu opisuje, w jaki sposób można przenieść wzorce przestrzenne z jednego pola optycznego do dwóch nowych pól optycznych generowanych za pomocą procesu mechaniki kwantowej zwanego mieszaniem czterofalowym” – powiedział Nirala. „Zakodowany wzór przestrzenny można odzyskać wyłącznie poprzez wspólne pomiary generowanych pól. Interesującym aspektem tego eksperymentu jest to, że oferuje on nową metodę kodowania informacji w świetle poprzez modyfikację korelacji między różnymi modami przestrzennymi bez wpływu na korelacje czasowe”.
„To, co w zasadzie mogłoby to umożliwić, to możliwość bezpiecznego kodowania i przesyłania wielu informacji przy użyciu przestrzennych właściwości światła, podobnie jak obraz zawiera znacznie więcej informacji niż tylko włączanie i wyłączanie światła”, Marino powiedział. „Korzystanie z korelacji przestrzennych to nowe podejście do kodowania informacji”.
„Kodowanie informacji w korelacjach przestrzennych splątanych bliźniaczych wiązek” zostało opublikowane w Science Advances 2 czerwca 2023 r.