A luz estruturada é uma maneira sofisticada de descrever padrões ou imagens de luz, mas merecidamente, pois promete comunicações futuras que serão mais rápidas e seguras.

A mecânica quântica já percorreu um longo caminho nos últimos 100 anos, mas ainda tem um longo caminho a percorrer. No AVS Quantum Science pesquisadores da Universidade de Witwatersrand na África do Sul revisam o progresso que está sendo feito no uso de luz estruturada em protocolos quânticos para criar um alfabeto de codificação maior, segurança mais forte e melhor resistência ao ruído.

"O que realmente queremos é fazer mecânica quântica com padrões de luz, "disse o autor Andrew Forbes." Por isso, queremos dizer que a luz vem em uma variedade de padrões que podem se tornar únicos - como nossos rostos. "

Uma vez que os padrões de luz podem ser distinguidos uns dos outros, eles podem ser usados ​​como uma forma de alfabeto. "O legal é que existem, em princípio, pelo menos, um conjunto infinito de padrões, então um alfabeto infinito está disponível, " ele disse.

Tradicionalmente, protocolos quânticos foram implementados com a polarização da luz, que tem apenas dois valores - um sistema de dois níveis com capacidade máxima de informação por fóton de apenas 1 bit. Mas, usando padrões de luz como o alfabeto, a capacidade de informação é muito maior. Também, sua segurança é mais forte, e a robustez ao ruído (como flutuações de luz de fundo) é aprimorada.

"Os padrões de luz são uma rota para o que chamamos de estados de alta dimensão, "Forbes disse." Eles são altamente dimensionais, porque muitos padrões estão envolvidos no processo quântico. Infelizmente, o kit de ferramentas para gerenciar esses padrões ainda está subdesenvolvido e requer muito trabalho. "

A comunidade da ciência quântica fez muitos avanços recentes notáveis, tanto na ciência quanto nas tecnologias derivadas. Por exemplo, a troca de emaranhamento agora foi demonstrada com modos espaciais de luz, um ingrediente central em um repetidor quântico, enquanto os meios de comunicação segura entre os nós agora são possíveis por meio de protocolos de distribuição de chaves quânticas de alta dimensão. Juntos, eles nos aproximam um pouco mais de uma rede quântica rápida e segura.

Em uma linha semelhante, a construção de estados exóticos multipartidários de alta dimensão para o computador quântico foi realizada, as tem resolução aprimorada na imagem fantasma (produzida pela combinação de luz de dois detectores de luz). No entanto, continua sendo um desafio ultrapassar os onipresentes dois fótons em duas dimensões para o controle total de vários fótons emaranhados em dimensões elevadas.

"Nós sabemos como criar e detectar fótons emaranhados em padrões, "disse Forbes." Mas nós realmente não temos um bom controle para levá-los de um ponto a outro, porque se distorcem na atmosfera e na fibra óptica. E realmente não sabemos como extrair informações deles de maneira eficiente. Requer muitas medições no momento. "

Forbes e seu co-autor Isaac Nape ajudaram a criar estados híbridos - outro grande avanço. A mecânica quântica de livros didáticos era feita com polarização.

"Acontece que muitos protocolos podem ser implementados de forma eficiente com ferramentas mais simples, combinando padrões com polarização para o melhor dos dois mundos, "Forbes disse." Em vez de duas dimensões de padrões, estados híbridos permitem acesso a estados multidimensionais, por exemplo, um conjunto infinito de sistemas bidimensionais. Este parece ser um caminho promissor para realmente realizar uma rede quântica baseada em padrões de luz. "