用于安全信息传输的量子纠缠光束的空间关联性
发布时间：2023-06-07 08:00:00 阅读数： 72
俄克拉荷马大学的科学家所做的一项调查刚刚发表在《科学进展》上，该调查确定了信息可以利用量子纠缠光束中的空间相关性进行安全编码和传输这一想法的有效性。
光可以用来加密数据，以便在高数据率、远距离和其他目的下传输。然而，为了保护所传递数据的隐私和完整性，用光来编码大量的信息给安全通信带来额外的困难。
该研究的第一作者，欧大博士生Gaurav Nirala，以及共同作者Siva T. Pradyumna和Ashok Kumar与Homer L. Dodge艺术学院的Ted S. Webb总统教授Alberto Marino合作，进行了这项研究。
此外，马里诺还在橡树岭国家实验室的量子科学中心和俄克拉荷马大学的量子研究和技术中心任职。
该项目背后的想法是能够利用光的空间属性来编码大量的信息，就像图像包含的信息一样。然而，能够以一种与量子网络兼容的方式进行安全信息传输。当你考虑一个图像时，它可以通过结合被称为模式的基本空间模式来构建，根据你如何结合这些模式，你可以改变图像或编码的信息。---阿尔贝托-马里诺，特德-S-韦伯总统教授，霍默-L-道奇艺术学院
他补充说："我们在这里所做的新的和不同的是，我们不仅仅是使用这些模式来编码信息；我们是使用它们之间的关联。我们正在使用关于这些模式如何联系的额外信息来编码信息。"
研究人员使用了两束纠缠的光，这意味着这些光波以比经典光所能实现的更强的相关性相互连接，尽管它们之间有一定的距离，但仍然相互连接。
"我们引入的方法的优点是，除非你对两束纠缠的光束进行联合测量，否则你无法恢复编码的信息。这有诸如安全通信的应用，因为如果你要单独测量每个光束，你将无法提取任何信息。你必须获得两个光束之间的共享信息，并以正确的方式将其结合起来以提取编码信息，"Marino补充说。
研究人员通过一系列的图像和相关研究显示了在这些量子纠缠的光束中正确编码信息的效果。只有当两束光按预期结合时，信息才会解析为以图像形式存储的公认信息。
实验结果描述了人们如何将空间模式从一个光场转移到两个新的光场，这些新的光场是用一种叫做四波混合的量子力学过程产生的。编码的空间模式可以完全通过对生成的场的联合测量来检索。这个实验的一个有趣的方面是，它提供了一种新的方法，通过修改各种空间模式之间的相关性而不影响时间的相关性来编码光的信息。
Gaurav Nirala，研究第一作者，俄克拉荷马大学博士后学生
马里诺总结说："原则上，这可以实现的是利用光的空间属性安全地编码和传输大量信息的能力，就像一幅图像包含的信息比仅仅打开和关闭灯光要多得多。利用空间相关性是一种新的信息编码方法"。
参考资料：Nirala, G., et al. (2023) Information encoding in the spatial correlations of entangled twin beams. Materials Chemistry Frontiers. doi:10.1126/sciadv.adf9161.
