Forscher der University of Oklahoma führten eine kürzlich veröffentlichte Studie durch Wissenschaftliche Fortschritte Dies beweist das Prinzip, räumliche Korrelationen in quantenverschränkten Lichtstrahlen zu nutzen, um Informationen zu kodieren und deren sichere Übertragung zu ermöglichen.
Licht kann zur Kodierung von Informationen für die Übertragung mit hoher Datenrate, die Kommunikation über große Entfernungen und mehr verwendet werden. Für eine sichere Kommunikation stellt die Verschlüsselung großer Informationsmengen in Licht jedoch zusätzliche Herausforderungen dar, um den Datenschutz und die Integrität der übertragenen Daten zu gewährleisten.
Alberto Marino, Ted S. Webb-Präsidentschaftsprofessor am Homer L. Dodge College of Arts, leitete die Forschung zusammen mit dem OU-Doktoranden und Erstautor der Studie Gaurav Nirala und den Co-Autoren Siva T. Pradyumna und Ashok Kumar. Marino hat außerdem Positionen beim Center for Quantum Research and Technology der OU und beim Quantum Science Center des Oak Ridge National Laboratory inne.
„Die Idee hinter dem Projekt ist, die räumlichen Eigenschaften des Lichts nutzen zu können, um große Informationsmengen zu kodieren, so wie ein Bild Informationen enthält. Allerdings auf eine Weise, die mit Quantennetzwerken kompatibel ist.“ für eine sichere Informationsübertragung. Wenn Sie ein Bild betrachten, kann es durch die Kombination grundlegender räumlicher Muster, die als Modi bekannt sind, konstruiert werden, und je nachdem, wie Sie diese Modi kombinieren, können Sie das Bild oder die codierten Informationen ändern“, sagte Marino.
„Was wir hier machen, ist neu und anders: Wir verwenden diese Modi nicht nur zum Kodieren von Informationen, sondern nutzen auch die Korrelationen zwischen ihnen“, fügte er hinzu. „Wir nutzen die zusätzlichen Informationen darüber, wie diese Modi verknüpft sind, um die Informationen zu verschlüsseln.“
Die Forscher nutzten zwei verschränkte Lichtstrahlen, was bedeutet, dass die Lichtwellen mit Korrelationen miteinander verbunden sind, die stärker sind als diejenigen, die mit klassischem Licht erreicht werden können, und trotz ihrer Entfernung miteinander verbunden bleiben.
„Der Vorteil des von uns eingeführten Ansatzes besteht darin, dass man die kodierten Informationen nur dann wiederherstellen kann, wenn man gemeinsame Messungen der beiden verschränkten Strahlen durchführt“, sagte Marino. „Hier gibt es Anwendungen wie die sichere Kommunikation, denn wenn man jeden Strahl einzeln messen würde, wäre man nicht in der Lage, irgendwelche Informationen zu extrahieren. Man muss die gemeinsamen Informationen zwischen beiden Strahlen erhalten und sie auf die richtige Weise kombinieren.“ um die verschlüsselten Informationen zu extrahieren.
Durch eine Reihe von Bildern und Korrelationsmessungen demonstrierten die Forscher Ergebnisse der erfolgreichen Kodierung von Informationen in diesen quantenverschränkten Lichtstrahlen. Erst wenn die beiden Strahlen mit den vorgesehenen Methoden kombiniert wurden, lösten sich die Informationen in erkennbare, in Form von Bildern kodierte Informationen auf.
„Das experimentelle Ergebnis beschreibt, wie man räumliche Muster von einem optischen Feld auf zwei neue optische Felder übertragen kann, die mithilfe eines quantenmechanischen Prozesses namens Vierwellenmischung erzeugt werden“, sagte Nirala. „Das kodierte räumliche Muster kann allein durch gemeinsame Messungen erzeugter Felder abgerufen werden. Ein interessanter Aspekt dieses Experiments besteht darin, dass es eine neuartige Methode zur Kodierung von Informationen im Licht bietet, indem die Korrelation zwischen verschiedenen räumlichen Modi modifiziert wird, ohne die Zeitkorrelationen zu beeinflussen.“
„Was dies im Prinzip ermöglichen könnte, ist die Fähigkeit, viele Informationen mithilfe der räumlichen Eigenschaften des Lichts sicher zu kodieren und zu übertragen, so wie ein Bild viel mehr Informationen enthält, als nur das Ein- und Ausschalten des Lichts“, sagt Marino genannt. „Die Nutzung räumlicher Korrelationen ist ein neuer Ansatz zur Kodierung von Informationen.“
„Informationskodierung in den räumlichen Korrelationen verschränkter Zwillingsstrahlen“ wurde veröffentlicht in Wissenschaftliche Fortschritte.
Mehr Informationen:
Gaurav Nirala et al., Informationskodierung in den räumlichen Korrelationen verschränkter Zwillingsstrahlen, Wissenschaftliche Fortschritte (2023). DOI: 10.1126/sciadv.adf9161