Strukturerat ljus är ett fint sätt att beskriva mönster eller bilder av ljus, men förtjänat så det lovar framtida kommunikation som kommer att vara både snabbare och säkrare.

Kvantmekaniken har kommit långt under de senaste 100 åren men har fortfarande en lång väg att gå. I AVS Quantum Science forskare från University of Witwatersrand i Sydafrika granskar de framsteg som görs med att använda strukturerat ljus i kvantprotokoll för att skapa ett större kodande alfabet, starkare säkerhet och bättre motståndskraft mot buller.

"Det vi verkligen vill är att göra kvantmekanik med ljusmönster, "sa författaren Andrew Forbes." Med detta, vi menar att ljuset finns i en mängd olika mönster som kan göras unika - som våra ansikten. "

Eftersom ljusmönster kan särskiljas från varandra, de kan användas som en form av alfabet. "Det coola är att det finns, i princip åtminstone en oändlig uppsättning mönster, så ett oändligt alfabet finns tillgängligt, " han sa.

Traditionellt, kvantprotokoll har implementerats med polarisering av ljus, som bara har två värden-ett system på två nivåer med en maximal informationskapacitet per foton på bara 1 bit. Men genom att använda ljusmönster som alfabetet, informationskapaciteten är mycket högre. Också, dess säkerhet är starkare, och robustheten mot brus (som bakgrundsfluktuationer) förbättras.

"Ljusmönster är en väg till det vi kallar högdimensionella tillstånd, "Sa Forbes." De är högdimensionella, eftersom många mönster är inblandade i kvantprocessen. Tyvärr, Verktygssatsen för att hantera dessa mönster är fortfarande underutvecklad och kräver mycket arbete. "

Kvantvetenskapssamhället har gjort många nyligen anmärkningsvärda framsteg, både inom vetenskapen och härledd teknik. Till exempel, trasselbyte har nu visats med rumsliga ljusmetoder, en kärningrediens i en kvantrepeterare, medan medlen för att säkert kommunicera mellan noder nu är möjliga genom högdimensionella kvantnyckeldistributionsprotokoll. Tillsammans tar de oss lite närmare ett snabbt och säkert kvantnätverk.

På liknande sätt, konstruktionen av exotiska flerpartshögdimensionella tillstånd för kvantdator har realiserats, som har förbättrad upplösning vid spökbildning (producerad genom att kombinera ljus från två ljusdetektorer). Ändå är det fortfarande utmanande att bryta bortom de allestädes närvarande två fotonerna i två dimensioner för full kontroll över flera fotoner som är intrasslade i höga dimensioner.

"Vi vet hur vi skapar och upptäcker fotoner som är intrasslade i mönster, "sa Forbes." Men vi har inte riktigt bra kontroll på att få dem från en punkt till en annan, eftersom de snedvrider i atmosfären och i optisk fiber. Och vi vet inte riktigt hur vi effektivt kan extrahera information från dem. Det kräver för många mätningar för tillfället. "

Forbes och hans medförfattare Isaac Nape hjälpte till att vara banbrytande i användningen av hybridstater-ytterligare ett stort framsteg. Gammal lärobok kvantmekanik gjordes med polarisering.

"Det visar sig att många protokoll effektivt kan implementeras med enklare verktyg genom att kombinera mönster med polarisering för det bästa av två världar, "Sa Forbes." I stället för två dimensioner av mönster, hybridstater tillåter tillgång till flerdimensionella tillstånd, till exempel, en oändlig uppsättning tvådimensionella system. Det här ser ut som en lovande väg framåt för att verkligen förverkliga ett kvantnätverk baserat på ljusmönster. "