인도의 연구원들은 특정 연속 변수 기반의 광자 얽힘이 광자가 소스에서 멀어짐에 따라 재생된다는 것을 보여주었습니다. 이 발견은 장거리에서 양자 정보를 안전하게 전송하고 난류 매체에서 양자 이미징에 유용할 수 있습니다.
광자 사이의 양자 얽힘은 컴퓨팅, 통신, 감지 및 이미징을 위한 새로운 양자 기술을 개발하기 위해 종종 물리학자들에 의해 광범위하게 탐구되고 있습니다. 일부 잠재적인 응용 프로그램은 얽힌 광자를 장거리 또는 난류 환경을 통해 손실 없이 보내야 합니다. 그러나 현재 이러한 상황에서 특정 유형의 얽힘을 유지하는 것은 매우 까다롭습니다. 성공 여부는 양자 정보가 광자에 인코딩되는 방식을 비롯한 여러 요인에 따라 달라질 수 있습니다.
현재 아난드 자 그리고 동료들 양자광학과 얽힘 연구실 Indian Institute of Technology에서 Kanpur는 정보를 인코딩하기 위해 광자의 각도 위치를 사용하여 가능한 솔루션을 제공했습니다. 그들은 광자가 전파됨에 따라 얽힘이 사라지는 것처럼 보이지만 이상하게도 다시 나타나는 것을 관찰했습니다. 그들은 또한 광자가 일반적으로 얽힘을 파괴하는 난기류를 통해 이동한 후에도 얽힘의 부활이 일어난다는 것을 보여주었습니다. 그들은 그들의 연구를 과학의 발전.
광자 얽힘
광자는 양자 정보를 인코딩하는 데 사용할 수 있는 다양한 자유도를 가지고 있습니다. 선택은 인코딩해야 하는 정보의 종류에 따라 다릅니다. 큐비트의 경우 편광 또는 광자의 궤도 각 모멘텀과 같은 이산 속성을 사용할 수 있습니다. 그러나 때때로, 특히 감지 및 이미징 목적을 위해 양자 정보를 더 지속적으로 인코딩하는 것이 더 좋습니다. 이러한 응용 프로그램에서 가장 많이 탐색된 얽힌 속성(또는 "기저")은 데카르트 좌표로 제공되는 광자의 위치입니다.
양자 얽힘 현상은 입자에 고전 물리학에서 허용하는 것보다 더 긴밀한 관계를 부여하며 양자 정보를 인코딩하는 데 사용되는 특정 기반과 무관합니다. 그러나 실험에서 얽힘이 사용되거나 측정되는 방식은 기본 독립적이지 않을 수 있습니다. 이것은 시스템이 얽혀 있는지 여부를 결정하는 수학적 양인 얽힘 "증인"에 적용됩니다. 증인은 연속적인 기반에 대해 기반 의존적이며 이러한 의존성은 일부 유형의 지속적인 얽힘이 다른 유형보다 더 유용할 수 있음을 의미합니다.
위치-운동량 기반의 경우 증인을 통해 볼 수 있는 얽힘은 광자가 소스에서 멀어짐에 따라 매우 빠르게 사라집니다. 이 문제를 해결하기 위해 과학자들은 일반적으로 광자 간의 얽힘을 사용하기 위해 소스 자체를 이미지화합니다. 경로의 모든 난기류는 또한 얽힘을 빠르게 파괴하므로 이를 되살리려면 적응형 광학과 같은 복잡한 솔루션이 필요합니다. 이러한 추가 수정 단계는 이러한 얽힌 광자의 유용성을 제한합니다.
Jha와 동료들의 이 최신 연구는 밀접하게 관련된 대체 기반인 광자의 각도 위치를 사용하여 얽힘을 보존할 수 있는 방법을 탐구합니다.
얽힘 생성, 상실 및 소생
그들의 실험에서 연구원들은 고출력 "펌프" 레이저에서 비선형 결정으로 빛을 보냄으로써 얽힌 광자를 생성했습니다. 광자의 에너지와 운동량이 보존되는 조건에서 하나의 펌프 광자는 SPDC(자발 파라메트릭 하향 변환)라는 프로세스에서 두 개의 얽힌 광자를 생성합니다. 두 광자는 모든 속성에서 얽혀 있습니다. 예를 들어 한 위치에서 광자가 감지되면 다른 얽힌 광자의 위치가 자동으로 결정됩니다. 상관 관계는 운동량, 각 위치 및 궤도 각 운동량과 같은 다른 수량에도 존재합니다.
아무런 보정 없이 목격자를 통해 본 것처럼 연구원들은 광자 사이의 위치 얽힘이 약 4cm의 전파 후에 사라지는 것을 관찰했습니다. 반면에 각도 위치 얽힘에 대해 흥미로운 일이 발생합니다. 약 5cm 전파 후에 사라지지만 광자가 20cm 더 이동한 후에 다시 얽힘이 나타납니다(그림 참조). 연구원들은 수치 모델을 통해 실험 결과를 질적으로 확증했습니다.
증류법은 한 쌍의 광자에서 양자 얽힘을 강화합니다.
팀이 얽힌 광자의 경로에 난기류 환경을 만들었을 때 동일한 경향이 관찰되었습니다. 이것은 공기를 휘젓고 굴절률을 변경하기 위해 블로우 히터를 사용하여 수행되었습니다. 이 경우 빛이 약 45cm의 더 긴 거리로 전파된 후에 얽힘이 되살아났습니다.
각도 위치 기반의 얽힘이 다시 나타나는 원인은 아직 완전히 알려지지 않았습니다. 베이스는 한 바퀴를 돌고 난 후에 둘러싸기 때문에 특별합니다. Jha에 따르면 이것이 차별화 요소 중 하나입니다.
이 연구가 XNUMX미터 미만의 거리에서 견고성을 입증했지만 Jha와 동료들은 킬로미터 거리에서도 부흥이 가능하다고 주장합니다. 이를 통해 얽힘을 파괴하지 않고 대기 난류를 통해 양자 정보를 전송할 수 있습니다. 난기류를 통한 견고함은 최소한의 침입이나 파괴로 흐릿한 생화학 환경에서 물체의 양자 이미징을 허용할 수도 있습니다.
