Впервые команде физиков удалось кодировать информацию, содержащуюся в голограмме, с помощью запутанных фотонов, в результате чего был сделан огромный шаг вперед, возможно, решающий в области голографии как средства коммуникации. Однако методика, которую использовали ученые в данном случае, может оказаться полезной и для будущих квантовых компьютеров и, прежде всего, для повышения разрешения изображений в тех (немногих) областях, в которых сегодня уже используется голографический подход.
С другой стороны, голография как метод дистанционного общения — это то, о чем говорят много лет, но на самом деле ее видели только в научно-фантастических фильмах.
В настоящее время голография — это метод, который уже используется для создания двухмерных изображений трехмерных объектов в различных приложениях, но его использование весьма ограничено, а разрешение самих изображений не очень высокое. Примером может служить использование в области визуализации в медицинской микроскопии.
Физики из Университета Глазго были первыми в мире, кто изобрел метод использования запутанных фотонов для кодирования информации в голограмме. В новом процессе физики использовали луч света от лазера, разделенный на два пути, как это делается в классической голографии. Однако в этом новом методе два лазерных луча никогда не соединяются.
Напротив, используются уникальные свойства квантовой запутанности — феномена квантовой механики, который все еще остается неясным, но существование которого уже доказано в лаборатории в течение многих лет.
Два лазера создают два луча запутанных фотонов, которые остаются связанными: когда фотон попадает, связанный фотон также каким-то образом влияет, и это не зависит от расстояния между двумя фотонами.
Затем два потока запутанных фотонов отправляются в разные точки, и степень фазовой интерференции, вызванной запутыванием, используется в качестве информации для создания голограммы на камере. По сути, окончательная голограмма получается путем измерения корреляции между положениями одних и тех же запутанных фотонов с использованием отдельных камер.
Диаграмма, показывающая, как работает новый метод декодирования информации голограммы, созданный учеными из Университета Глазго.
«Разработанный нами процесс освобождает нас от этих ограничений классической когерентности и вводит голографию в квантовую сферу. Использование запутанных фотонов предлагает новые способы создания более четких и детальных голограмм, которые открывают новые возможности для практического применения этой техники», — объясняет Хьюго Дефенн, исследователь из Глазго, ведущий автор исследования.
Даниэле Фаччио, другой исследователь из Глазго, возглавлявший исследовательскую группу и еще один автор исследования, объясняет, что датчики ПЗС-камер, которые они использовали для проводимых ими экспериментов, имеют беспрецедентные уровни разрешения, до 10 000 пикселей на изображение каждого запутанного фотон.
Благодаря такому разрешению они смогли измерить количество фотонов в потоках, а также их запутанность с удивительной точностью. «Квантовые компьютеры и квантовые сети связи будущего потребуют по крайней мере такого уровня детализации запутанных частиц, которые они будут использовать. Это приближает нас на один шаг к реальным изменениям в этих быстро развивающихся секторах. Это действительно захватывающий прорыв, и мы стремимся развить этот успех с помощью дальнейших усовершенствований», — объясняет исследователь. Исследование было опубликовано в журнале Nature Physics.
Источник:
