Penyelidik di India telah menunjukkan bahawa jalinan foton dalam asas pembolehubah berterusan tertentu menghidupkan semula dirinya apabila foton merambat jauh dari sumbernya. Penemuan itu boleh terbukti berguna untuk menghantar maklumat kuantum dengan selamat pada jarak jauh dan untuk pengimejan kuantum dalam media bergelora.
Jalinan kuantum antara foton sedang diterokai secara meluas oleh ahli fizik, selalunya untuk membangunkan teknologi kuantum baharu untuk pengkomputeran, komunikasi, penderiaan dan pengimejan. Sesetengah aplikasi berpotensi memerlukan penghantaran foton terjerat pada jarak jauh atau melalui persekitaran bergelora tanpa kehilangan. Walau bagaimanapun, pada masa ini adalah sangat sukar untuk mengekalkan jenis keterikatan tertentu dalam keadaan ini - dan kejayaan boleh bergantung pada banyak faktor, termasuk cara maklumat kuantum dikodkan dalam foton.
Sekarang Anand Jha dan rakan sekerja di Makmal Optik Kuantum dan Belitan di Institut Teknologi India Kanpur telah menyediakan penyelesaian yang mungkin dengan menggunakan kedudukan sudut foton untuk mengekod maklumat. Mereka memerhatikan bahawa jalinan seolah-olah hilang apabila foton merambat, tetapi kemudian secara anehnya muncul semula. Mereka juga menunjukkan bahawa kebangkitan semula belitan berlaku walaupun selepas foton bergerak melalui udara bergelora, yang biasanya akan memusnahkan belitan. Mereka menerangkan penyelidikan mereka dalam Kemajuan sains.
Jalinan foton
Foton mempunyai banyak darjah kebebasan yang berbeza yang boleh digunakan untuk mengekod maklumat kuantum. Pilihan bergantung pada jenis maklumat yang perlu dikodkan. Untuk qubit, sifat diskret seperti polarisasi atau momentum sudut orbit foton boleh digunakan. Tetapi kadangkala, terutamanya untuk tujuan penderiaan dan pengimejan, adalah lebih baik untuk mengekod maklumat kuantum dengan lebih berterusan. Dalam aplikasi sedemikian, harta terjerat yang paling diterokai - atau "asas" - ialah kedudukan foton yang diberikan oleh koordinat kartesiannya.
Fenomena keterikatan kuantum memberikan kepada zarah hubungan yang lebih rapat daripada yang dibenarkan oleh fizik klasik dan tidak bergantung pada asas tertentu yang digunakan untuk mengekod maklumat kuantum. Walau bagaimanapun, cara kekusutan digunakan atau diukur dalam eksperimen mungkin tidak bebas asas. Ini terpakai kepada "saksi" yang terjerat, iaitu kuantiti matematik yang menentukan sama ada sistem terjerat. Saksi bergantung kepada asas untuk pangkalan berterusan dan pergantungan ini bermakna beberapa jenis jalinan berterusan boleh menjadi lebih berguna daripada yang lain.
Untuk asas momentum kedudukan, jalinan, seperti yang dilihat melalui saksi, padam dengan cepat apabila foton merambat dari sumbernya. Untuk mengatasinya, saintis biasanya menggambarkan sumber itu sendiri untuk menggunakan jalinan antara foton. Sebarang pergolakan di laluan juga cepat memusnahkan kekusutan, memerlukan penyelesaian yang kompleks seperti optik suai untuk memulihkannya. Langkah pembetulan tambahan ini mengehadkan kegunaan foton terjerat ini.
Penyelidikan terbaru oleh Jha dan rakan sekerja ini meneroka bagaimana jalinan boleh dipelihara dengan menggunakan asas alternatif yang berkait rapat - kedudukan sudut foton.
Menjana, Kehilangan, & Menghidupkan Keterikatan
Dalam eksperimen mereka, para penyelidik menghasilkan foton terjerat dengan menghantar cahaya dari laser "pam" berkuasa tinggi ke dalam kristal tak linear. Di bawah keadaan di mana tenaga dan momenta foton dipelihara, satu foton pam akan menghasilkan dua foton terjerat dalam proses yang dipanggil penukaran ke bawah parametrik spontan (SPDC). Kedua-dua foton itu terikat dalam semua sifatnya. Jika foton dikesan di satu lokasi, contohnya, kedudukan foton terjerat yang lain ditentukan secara automatik. Korelasi wujud untuk kuantiti lain juga, seperti momentum, kedudukan sudut dan momentum sudut orbit.
Seperti yang dilihat melalui saksi tanpa sebarang langkah pembetulan, para penyelidik memerhatikan bahawa jalinan kedudukan antara foton hilang selepas kira-kira 4 cm penyebaran. Sebaliknya, sesuatu yang menarik berlaku untuk jalinan kedudukan sudut. Ia hilang selepas kira-kira 5 cm penyebaran, tetapi selepas foton mengembara 20 cm lagi, kekusutan muncul semula (lihat rajah). Para penyelidik mengesahkan keputusan eksperimen mereka secara kualitatif dengan model berangka.
Kaedah penyulingan mengukuhkan keterikatan kuantum dalam sepasang foton tunggal
Trend yang sama diperhatikan apabila pasukan mencipta persekitaran bergelora di laluan foton yang terjerat. Ini dilakukan menggunakan pemanas pukulan untuk mengacau udara dan menukar indeks biasannya. Dalam kes ini, kekusutan dihidupkan semula selepas cahaya merambat untuk jarak yang lebih jauh iaitu kira-kira 45 cm.
Ia belum diketahui sepenuhnya apa yang menyebabkan jalinan dalam asas kedudukan sudut muncul semula. Asasnya istimewa kerana ia membungkus selepas bulatan penuh. Itu antara faktor yang membezakannya, menurut Jha.
Walaupun kajian itu menunjukkan keteguhan dalam jarak kurang daripada satu meter, Jha dan rakan sekerja mendakwa bahawa kebangkitan semula mungkin berlaku dalam jarak kilometer juga. Ini boleh memungkinkan untuk menghantar maklumat kuantum melalui pergolakan atmosfera tanpa memusnahkan kekusutan. Kekukuhan melalui pergolakan juga boleh membenarkan pengimejan kuantum objek dalam persekitaran biokimia kabur dengan pencerobohan atau pemusnahan yang minimum.
