La luz estructurada es una forma elegante de describir patrones o imágenes de luz, pero con razón, ya que promete comunicaciones futuras que serán más rápidas y más seguras.

La mecánica cuántica ha recorrido un largo camino durante los últimos 100 años, pero aún le queda un largo camino por recorrer. En Ciencia cuántica AVS Investigadores de la Universidad de Witwatersrand en Sudáfrica revisan el progreso realizado en el uso de luz estructurada en protocolos cuánticos para crear un alfabeto de codificación más grande. mayor seguridad y mejor resistencia al ruido.

"Lo que realmente queremos es hacer mecánica cuántica con patrones de luz, ", dijo el autor Andrew Forbes." Con esto, queremos decir que la luz viene en una variedad de patrones que pueden hacerse únicos, como nuestros rostros ".

Dado que los patrones de luz se pueden distinguir entre sí, se pueden utilizar como una forma de alfabeto. "Lo bueno es que hay en principio al menos, un conjunto infinito de patrones, por lo que hay un alfabeto infinito disponible " él dijo.

Tradicionalmente, Se han implementado protocolos cuánticos con la polarización de la luz, que tiene solo dos valores:un sistema de dos niveles con una capacidad máxima de información por fotón de solo 1 bit. Pero al usar patrones de luz como el alfabeto, la capacidad de información es mucho mayor. También, su seguridad es más fuerte, y se mejora la robustez al ruido (como las fluctuaciones de la luz de fondo).

"Los patrones de luz son una ruta hacia lo que llamamos estados de alta dimensión, "Dijo Forbes." Son de alta dimensión, porque muchos patrones están involucrados en el proceso cuántico. Desafortunadamente, el conjunto de herramientas para gestionar estos patrones aún está poco desarrollado y requiere mucho trabajo ".

La comunidad de la ciencia cuántica ha realizado recientemente muchos avances notables, tanto en la ciencia como en tecnologías derivadas. Por ejemplo, El intercambio de entrelazamientos se ha demostrado ahora con modos espaciales de luz, un ingrediente central en un repetidor cuántico, mientras que los medios para comunicarse de forma segura entre nodos ahora es posible a través de protocolos de distribución de claves cuánticas de alta dimensión. Juntos nos acercan un poco más a una red cuántica rápida y segura.

En un sentido similar, se ha realizado la construcción de estados exóticos multipartes de alta dimensión para la computadora cuántica, al igual que la resolución mejorada en la imagen fantasma (producida al combinar la luz de dos detectores de luz). Sin embargo, sigue siendo un desafío romper más allá de los omnipresentes dos fotones en dos dimensiones para el control total de múltiples fotones entrelazados en grandes dimensiones.

"Sabemos cómo crear y detectar fotones entrelazados en patrones, ", dijo Forbes." Pero realmente no tenemos un buen control para llevarlos de un punto a otro, porque distorsionan en la atmósfera y en fibra óptica. Y realmente no sabemos cómo extraer información de ellos de manera eficiente. Requiere demasiadas mediciones en este momento ".

Forbes y su coautor Isaac Nape ayudaron a ser pioneros en el uso de estados híbridos, otro gran avance. La mecánica cuántica de los viejos libros de texto se hizo con polarización.

"Resulta que muchos protocolos se pueden implementar de manera eficiente con herramientas más simples combinando patrones con polarización para lo mejor de ambos mundos, "Dijo Forbes." En lugar de dos dimensiones de patrones, los estados híbridos permiten el acceso a estados multidimensionales, por ejemplo, un conjunto infinito de sistemas bidimensionales. Esto parece un camino prometedor para realizar realmente una red cuántica basada en patrones de luz ".