Ha habido un debate interesante sobre el origen cuántico frente al origen clásico de la imagen fantasma en luz térmica. Para aclarar este dilema cuántico-clásico, Lixiang Chen de la Universidad de Xiamen de China formuló una matriz de densidad para describir completamente el estado del momento angular orbital térmico de dos fotones, que reveló la cuántica oculta con discordia distinta de cero. Luego, Se ideó un esquema de imitación de la teletransportación para demostrar la posibilidad de teletransportar una imagen óptica, con un fondo sin rasgos distintivos que lo acompaña.

En ciencia ficción La "teletransportación" se describe comúnmente como un medio para transferir objetos físicos de un lugar a otro a cierta distancia. Pero en física la teletransportación cuántica solo transfiere información cuántica, es decir., el estado cuántico de una partícula, sin ninguna transmisión física de la propia partícula. El protocolo cuántico de teletransportación fue desarrollado teóricamente por Bennett y sus colaboradores en 1993 y su primera demostración experimental fue realizada por Bouwmeester y sus colegas en 1997. Se han realizado avances recientes para realizar la teletransportación desde un transmisor en la Tierra a un receptor en un satélite. hacia una escala global. En el esquema original, el entrelazamiento cuántico es un requisito previo esencial para implementar la teletransportación.

Por otra parte, Las imágenes fantasma representan una técnica de adquisición de imágenes intrigante en la que una imagen se puede reconstruir utilizando un haz de luz que nunca interactúa con el objeto. Sin embargo, se demostró que, además de la fuente de bifotones entrelazados cuánticos, La fuente de luz térmica clásica también se puede explotar para realizar la tarea de imágenes fantasma, planteando así la cuestión de si el entrelazamiento era realmente necesario para la formación de imágenes de fantasmas. Ha contribuido mucho trabajo distinguido, tanto teórica como experimentalmente, sin embargo, el dilema cuántico-clásico aún persiste.

En un nuevo artículo publicado en Ciencia y aplicación de la luz , Lixiang Chen de la Facultad de Ciencias Físicas y Tecnología, Universidad de Xiamen, Porcelana, ha investigado este dilema clásico cuántico en curso. En un fotón momento angular orbital (OAM) espacio de Hilbert, formuló una matriz de densidad para describir completamente el estado de dos fotones dentro de una fuente de luz térmica, que aparece como la suma de un estado entrelazado OAM de alta dimensión y un estado diagonal completamente separable. Curiosamente, se ha demostrado que la matriz de densidad es separable, es decir., entrelazamiento cero per se. Todavía, esta formulación ofrece una imagen físicamente intuitiva para revelar la cuántica oculta en el estado térmico de dos fotones OAM, como se caracterizó por una discordia geométrica distinta de cero que discierne correlaciones cuánticas más allá del entrelazamiento.

Surge naturalmente la siguiente pregunta sobre si dicho estado térmico de dos fotones no entrelazado pero no clásico podría explorarse para aplicaciones cuánticas útiles. El autor respondió positivamente a esta pregunta revisando el protocolo de teletransportación cuántica. Las simulaciones numéricas mostraron que, a nivel de fotón único, el estado OAM térmico de dos fotones podría aprovecharse para teletransportar un estado OAM de alta dimensión, en el que el estado recuperado es solo una mezcla de una réplica exacta del estado original y un fondo mezclado al máximo.

A diferencia del estado de polarización bidimensional, los autoestados OAM forman una dimensión infinita, ortogonal, y base completa. Por lo tanto, una imagen óptica de amplitud compleja se puede representar de forma equivalente mediante un vector de estado OAM de alta dimensión. Por lo tanto, También se demostró teóricamente la posibilidad de teletransportar una imagen de Clover tanto de amplitud como de modulación de fase, con múltiples repeticiones del protocolo.

El profesor Chen resume el principio operativo del protocolo de la siguiente manera:"El campo de luz, emitida por una fuente de luz térmica, está dividido en dos trayectos por un divisor de haz no polarizador, que genera el estado OAM térmico de dos fotones. El fotón en una ruta está dirigido para interactuar con otro tercer fotón (codificado con la imagen de Clover de amplitud compleja) en la etapa de medición del estado de Bell de alta dimensión (BSM). Condicional a los resultados de BSM y después de ser realizado con una operación unitaria adecuada, los fotones en la otra ruta se envían para golpear una cámara ICCD que trabaja en el modo de disparo. Luego, la imagen original puede ser recuperada correctamente por la cámara ICCD, con repetición múltiple de nuestro protocolo ".

"En la presente propuesta, la transmisión correcta de una imagen está asegurada por el componente de entrelazamiento OAM puro de alta dimensión, mientras que el componente diagonal completamente mezclado simplemente produce un fondo sin rasgos distintivos ", agregó.

"En el futuro, mi marco teórico también puede requerir más estudios sobre el uso del estado térmico de fotones múltiples para demostrar algunas nuevas tareas de información cuántica, como la preparación de estados remotos y la obtención de imágenes novedosas con fotones no detectados ”, pronostica el profesor Chen.