Hyperentanglement允许光子携带更多数据 2017-02-03 13:18:03

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艺术家对量子频率梳的概念

Nicoletta Barolini通过将每个光子对切割成多个维度,加州大学洛杉矶分校的研究人员展示了一种利用光粒子的新方法

由加州大学洛杉矶分校电气工程师领导的一个研究小组已经展示了一种利用光粒子或光子的新方法,这些光粒子或光子相互连接并且无论它们相隔多远都一致行动 - 这种现象称为量子纠缠

在以前的研究中,光子通常被其量子特性的一个维度 - 通常是它们的极化方向 - 纠缠在一起

在这项新研究中,研究人员证明,他们可以利用光子的能量和自旋等量子特性将每个光子对切割成多个维度

这种称为超强角的方法允许每个光子对携带比以前的方法更多的数据

量子纠缠可以允许用户通过网络发送数据,并立即知道该数据是否已经到达目的地而不被截获或更改

通过激烈的纠缠,用户可以使用相同的网络发送更密集的信息包

这项研究发表于Nature Photonics,由作为研究项目首席研究员的加州大学洛杉矶分校电气工程副教授Chee Wei Wong实验室的研究科学家Zhenda Xie领导

麻省理工学院,哥伦比亚大学,马里兰大学和国家标准与技术研究所的研究人员也是该团队的成员

阿尔伯特·爱因斯坦(Albert Einstein)将量子纠缠描述为“远距离的幽灵行为”,因为它似乎是不可能的,即纠缠对中的一个粒子发生的事情也会立即发生在另一个粒子上,甚至是远距离

这种现象超过光速

在这项新的研究中,研究人员发送了称为双光子频率梳的超强光子,基本上将纠缠光子分解成更小的部分

在安全数据传输中,通过光纤网络发送的光子可以通过纠缠加密

对于每个纠缠维度,光子对上携带的信息量加倍,因此由五维纠缠的光子对可以携带32倍于仅由一个纠缠的对的数据

结果大大扩展了波长复用,即通过单根光纤传输许多视频的方法

“我们证明了光学频率梳可以在单光子水平上产生,”谢说

“从本质上讲,我们正在量子水平上利用波分复用概念

”研究的潜在应用包括安全通信和信息处理,特别是对于容量最小的数据传输而言误差最小

这可用于医疗服务器,政府数据通信,金融市场和军事通信渠道,以及量子云通信和分布式量子计算

“我们很幸运能够验证麻省理工学院教授杰夫夏皮罗几十年前的理论预测,即量子纠缠可以在梳状状态下观察到,”Wong说

“借助NIST最先进的高速单光子探测器和Franco Wong博士的支持,谢博士能够验证光子的高维和多自由度纠缠

这些观察结果展示了一种新的基本安全的密集信息处理和通信方法

“论文的共同作者是Sajan Shrestha,XinAn Xu和Junlin Liang,哥伦比亚大学的先前学生和博士后科学家;田忠,麻省理工学院教授Jeffrey Shapiro和Franco N.C. Wong;中国南京东南大学龚艳晓;和Joshua Bienfang和Alessandro Restelli,隶属于马里兰大学和NIST

这项工作由国防高级研究计划局资助

出版物:谢振达等人,“通过双光子频率梳治理高维超强度”,Nature Photonics,2015; doi:10.1038 / nphoton.2015.110来源:Matthew Chin,加州大学洛杉矶分校新闻室