Det har förekommit en intressant debatt om kvantum kontra klassiskt ursprung för spökbilder i termiskt ljus. För att klargöra detta kvantklassiska dilemma, Lixiang Chen vid Xiamen University of China formulerade en densitetsmatris för att fullständigt beskriva termiskt tvåfotons orbital vinkelmomenttillstånd, som avslöjade den dolda kvantiteten med icke-noll oenighet. Sedan, ett schema för att efterlikna teleportering utarbetades för att demonstrera möjligheten att teleportera en optisk bild, med en tillhörande karaktärslös bakgrund.

I science fiction, "teleportation" framställs vanligtvis som ett sätt att överföra fysiska föremål från en plats till en annan en bit bort. Men inom fysiken, kvantteleportering överför bara kvantinformation, d.v.s. kvanttillståndet för en partikel, utan någon fysisk överföring av själva partikeln. Kvantprotokollet för teleportering utvecklades teoretiskt av Bennett och kollegor 1993 och dess första experimentella demonstration realiserades av Bouwmeester och hans kollegor 1997. Nya framsteg har gjorts för att realisera teleporteringen från en sändare på jorden till en mottagare på en satellit, mot en global skala. I det ursprungliga schemat, kvantintrassling är en väsentlig förutsättning för att implementera teleporteringen.

Å andra sidan, spökavbildning representerar en spännande bildinsamlingsteknik där en bild kan rekonstrueras genom att använda en ljusstråle som aldrig interagerar med objektet. Dock, det visades att, förutom kvantintrasslad bifotonkälla, klassisk termisk ljuskälla kan också utnyttjas för att förverkliga uppgiften med spökbilder, vilket väcker en fråga om förveckling verkligen var nödvändig för spökbilder. Mycket framstående arbete har bidragit, både teoretiskt och experimentellt, dock kvarstår det kvantklassiska dilemmat fortfarande.

I en ny artikel publicerad i Ljusvetenskap och tillämpning , Lixiang Chen från College of Physical Science and Technology, Xiamens universitet, Kina, har undersökt detta pågående kvantklassiska dilemma. I ett fotonomloppsrörelsemängd (OAM) Hilbert-rymden, han formulerade en densitetsmatris för att helt beskriva tvåfoton-tillstånd i en termisk ljuskälla, som visas som summan av ett högdimensionellt OAM-trasslat tillstånd och ett diagonalt helt separerbart tillstånd. Intressant, densitetsmatrisen har visat sig vara separerbar, d.v.s. noll intrassling i sig. Fortfarande, denna formulering erbjuder en fysiskt intuitiv bild för att avslöja kvantiteten gömd i termiskt tvåfoton OAM-tillstånd, som kännetecknades av icke-noll geometrisk disharmoni som urskiljer kvantkorrelationer bortom intrassling.

En följande fråga uppstår naturligt om huruvida ett sådant icke intrasslat men icke-klassiskt termiskt tvåfotontillstånd skulle kunna utforskas för några användbara kvanttillämpningar. Författaren svarade positivt på denna fråga genom att återbesöka kvantteleportationsprotokollet. Numeriska simuleringar visade att på singelfotonnivå, det termiska tvåfoton OAM-tillståndet kan utnyttjas för att teleportera ett högdimensionellt OAM-tillstånd, där det hämtade tillståndet bara är en blandning av en exakt kopia av det ursprungliga tillståndet och en maximalt blandad bakgrund.

Till skillnad från tvådimensionellt polariseringstillstånd, OAM-egentillstånden bildar en oändlig dimensionell, ortogonal, och fullständig grund. Därför, en optisk bild med komplex amplitud kan representeras ekvivalent av en högdimensionell OAM-tillståndsvektor. Således, möjligheten att teleportera en Clover-bild av både amplitud- och fasmodulering demonstrerades också teoretiskt, med flera upprepningar av protokollet.

Professor Chen sammanfattar protokollets funktionsprincip så här:"Ljusfältet, emitteras från en termisk ljuskälla, är uppdelad i två banor av en icke-polariserande stråldelare, som genererar det termiska tvåfoton-OAM-tillståndet. Fotonen i en väg riktas för att interagera med en annan tredje foton (kodad med komplexamplitudklöverbilden) i det högdimensionella Bell state-mätningssteget (BSM). Betingat av BSM-resultaten och efter att ha utförts med en korrekt enhetlig operation, fotonen i den andra vägen skickas för att träffa en ICCD -kamera som arbetar i triggerläget. Sedan, originalbilden kan hämtas korrekt av ICCD-kameran, med flera upprepningar av vårt protokoll."

"I nuvarande förslag, korrekt överföring av en bild säkerställs av den rena högdimensionella OAM-entanglement-komponenten, medan den diagonala helt blandade komponenten bara skapar en särdragslös bakgrund." tillade han.

"I framtiden, mitt teoretiska ramverk kan också kräva ytterligare studier av att använda termiskt multifotontillstånd för att demonstrera några nya kvantinformationsuppgifter, såsom förberedelse av fjärrtillstånd och ny bildbehandling med oupptäckta fotoner." prognostiserar professor Chen.