Tem havido um debate interessante sobre a origem quântica e clássica da imagem fantasma em luz térmica. Para esclarecer este dilema quântico-clássico, Lixiang Chen, da Universidade de Xiamen da China, formulou uma matriz de densidade para descrever totalmente o estado de momento angular orbital de dois fótons térmicos, que revelou a quanticidade oculta com discórdia diferente de zero. Então, um esquema de imitação de teletransporte foi desenvolvido para demonstrar a possibilidade de teletransporte de uma imagem óptica, com um fundo sem características que o acompanham.

Na ficção científica, "teletransporte" é comumente retratado como um meio de transferir objetos físicos de um local para outro a alguma distância. Mas na física, o teletransporte quântico apenas transfere informações quânticas, ou seja, o estado quântico de uma partícula, sem qualquer transmissão física da própria partícula. O protocolo quântico de teletransporte foi desenvolvido teoricamente por Bennett e colegas de trabalho em 1993 e sua primeira demonstração experimental foi realizada por Bouwmeester e seus colegas em 1997. Progressos recentes foram feitos para realizar o teletransporte de um transmissor na Terra para um receptor em um satélite, para uma escala global. No esquema original, o emaranhamento quântico é um pré-requisito essencial para a implementação do teletransporte.

Por outro lado, a imagem fantasma representa uma técnica de aquisição de imagem intrigante na qual uma imagem pode ser reconstruída usando um feixe de luz que nunca interage com o objeto. Contudo, foi demonstrado que, além da fonte bifotônica quântica emaranhada, fonte de luz térmica clássica também pode ser explorada para realizar a tarefa de imagem fantasma, levantando assim a questão de se o emaranhamento era realmente necessário para a imagem fantasma. Muitos trabalhos ilustres contribuíram, tanto teoricamente quanto experimentalmente, no entanto, o dilema quântico-clássico ainda persiste.

Em um novo artigo publicado em Ciência leve e aplicação , Lixiang Chen, da Faculdade de Ciências Físicas e Tecnologia, Universidade de Xiamen, China, investigou este dilema quântico-clássico em curso. Em um espaço de Hilbert de momento angular orbital de fóton (OAM), ele formulou uma matriz de densidade para descrever totalmente o estado de dois fótons em uma fonte de luz térmica, que aparece como uma soma de um estado emaranhado OAM de alta dimensão e um estado diagonal totalmente separável. Interessantemente, a matriz de densidade é comprovadamente separável, ou seja, enredamento zero per se. Ainda, esta formulação oferece uma imagem fisicamente intuitiva para revelar a quanticidade oculta no estado OAM térmico de dois fótons, como foi caracterizado por discórdia geométrica diferente de zero que discerne correlações quânticas além do emaranhamento.

A seguinte questão surge naturalmente se esse estado térmico não-emaranhado, mas não clássico, de dois fótons poderia ser explorado para quaisquer aplicações quânticas úteis. O autor respondeu a esta pergunta positivamente revisitando o protocolo de teletransporte quântico. As simulações numéricas mostraram que, no nível de um único fóton, o estado OAM térmico de dois fótons pode ser explorado para teletransportar um estado OAM de alta dimensão, em que o estado recuperado é apenas uma mistura de uma réplica exata do estado original e um plano de fundo misturado ao máximo.

Ao contrário do estado de polarização bidimensional, os auto-estados OAM formam uma dimensão infinita, ortogonal, e uma base completa. Portanto, uma imagem óptica de amplitude complexa pode ser representada de forma equivalente por um vetor de estado OAM de alta dimensão. Assim, a possibilidade de teletransportar uma imagem do Clover de modulação de amplitude e fase também foi teoricamente demonstrada, com várias repetições do protocolo.

O professor Chen resumiu o princípio operacional do protocolo assim:"O campo de luz, emitida a partir de uma fonte de luz térmica, é dividido em dois caminhos por um divisor de feixe não polarizador, que gera o estado OAM térmico de dois fótons. O fóton em um caminho é direcionado para interagir com outro terceiro fóton (codificado com a imagem do Clover de amplitude complexa) no estágio de medição do estado de Bell de alta dimensão (BSM). Condicional nos resultados do BSM e após ser realizado com uma operação unitária adequada, o fóton no outro caminho é enviado para atingir uma câmera ICCD que funciona no modo de disparo. Então, a imagem original pode ser recuperada corretamente pela câmera ICCD, com várias repetições do nosso protocolo. "

“Na presente proposta, a transmissão correta de uma imagem é garantida pelo componente de emaranhamento OAM de alta dimensão puro, enquanto o componente diagonal completamente misturado apenas traz um fundo sem traços característicos. ”Ele acrescentou.

"No futuro, meu arcabouço teórico também pode exigir mais estudos sobre o uso do estado multi-fóton térmico para demonstrar algumas novas tarefas de informação quântica, como preparação de estado remoto e novas imagens com fótons não detectados. ”Prevê o professor Chen.