La luce strutturata è un modo elegante per descrivere schemi o immagini di luce, ma meritatamente in quanto promette comunicazioni future che saranno sia più veloci che più sicure.

La meccanica quantistica ha fatto molta strada negli ultimi 100 anni, ma ha ancora molta strada da fare. In AVS Scienza Quantistica i ricercatori dell'Università di Witwatersrand in Sudafrica esaminano i progressi compiuti nell'uso della luce strutturata nei protocolli quantistici per creare un alfabeto di codifica più ampio, maggiore sicurezza e migliore resistenza al rumore.

"Quello che vogliamo veramente è fare la meccanica quantistica con modelli di luce, " ha detto l'autore Andrew Forbes. "Con questo, intendiamo che la luce arriva in una varietà di modelli che possono essere resi unici, come i nostri volti".

Poiché i modelli di luce possono essere distinti l'uno dall'altro, possono essere usati come una forma di alfabeto. "La cosa bella è che ci sono, almeno in linea di principio, un insieme infinito di schemi, così è disponibile un alfabeto infinito, " Egli ha detto.

Tradizionalmente, sono stati implementati protocolli quantistici con la polarizzazione della luce, che ha solo due valori:un sistema a due livelli con una capacità di informazione massima per fotone di appena 1 bit. Ma usando modelli di luce come alfabeto, la capacità di informazione è molto più alta. Anche, la sua sicurezza è più forte, e la robustezza al rumore (come le fluttuazioni della luce di fondo) è migliorata.

"I modelli di luce sono un percorso verso quelli che chiamiamo stati ad alta dimensione, " ha detto Forbes. "Sono di alta dimensione, perché molti modelli sono coinvolti nel processo quantistico. Sfortunatamente, il toolkit per gestire questi modelli è ancora sottosviluppato e richiede molto lavoro."

La comunità della scienza quantistica ha fatto molti recenti progressi degni di nota, sia nella scienza che nelle tecnologie derivate. Per esempio, lo scambio di entanglement è stato ora dimostrato con modalità spaziali di luce, un ingrediente fondamentale in un ripetitore quantistico, mentre i mezzi per comunicare in modo sicuro tra i nodi sono ora possibili attraverso protocolli di distribuzione di chiavi quantistiche ad alta dimensionalità. Insieme ci avvicinano un po' a una rete quantistica veloce e sicura.

In modo simile, è stata realizzata la costruzione di stati multipartitici esotici ad alta dimensionalità per computer quantistici, come ha migliorato la risoluzione nell'imaging fantasma (prodotto combinando la luce di due rilevatori di luce). Eppure rimane difficile superare gli onnipresenti due fotoni in due dimensioni per il pieno controllo di più fotoni impigliati in dimensioni elevate.

"Sappiamo come creare e rilevare fotoni impigliati in schemi, " ha detto Forbes. "Ma non abbiamo davvero un buon controllo su come portarli da un punto all'altro, perché distorcono nell'atmosfera e nella fibra ottica. E non sappiamo davvero come estrarre informazioni in modo efficiente da loro. Richiede troppe misurazioni al momento".

Forbes e il suo coautore Isaac Nape hanno aiutato a fare da pioniere nell'uso degli stati ibridi, un altro grande progresso. La vecchia meccanica quantistica da manuale era fatta con la polarizzazione.

"Si scopre che molti protocolli possono essere implementati in modo efficiente con strumenti più semplici combinando modelli con polarizzazione per il meglio di entrambi i mondi, " ha detto Forbes. "Piuttosto che due dimensioni di modelli, gli stati ibridi consentono l'accesso a stati multidimensionali, Per esempio, un insieme infinito di sistemi bidimensionali. Questo sembra un modo promettente per realizzare veramente una rete quantistica basata su modelli di luce".