俄克拉荷马大学的研究人员领导了一项最近发表在《科学进展》杂志上的研究，该研究证明了利用量子纠缠光束中的空间相关性对信息进行编码并使其安全传输的原理。
光可用于对信息进行编码，以实现高数据速率传输、长距离通信等。但对于安全通信而言，用光对大量信息进行编码在确保所传输数据的隐私性和完整性方面面临着额外的挑战。
荷马·L·道奇艺术学院的 Ted S. Webb 总统教授Alberto Marino与 OU 博士生和该研究的第一作者 Gaurav Nirala 以及合著者 Siva T. Pradyumna 和 Ashok Kumar 一起领导了这项研究。 Marino 还在 OU 的量子研究和技术中心以及橡树岭国家实验室的量子科学中心任职。
“该项目背后的想法是能够利用光的空间特性来编码大量信息，就像图像包含信息的方式一样。但是，能够以与量子网络兼容的方式进行安全信息传输。当你考虑一幅图像时，它可以通过组合称为模式的基本空间模式来构建，并且根据你如何组合这些模式，你可以改变图像或编码信息，“Marino说。
“我们在这里所做的新的和不同的是，我们不仅使用这些模式来编码信息；我们正在使用它们之间的相关性，”他补充道。 “我们正在使用有关这些模式如何链接的附加信息来对信息进行编码。”
研究人员使用了两束纠缠的光束，这意味着光波相互关联，这种关联比经典光所能达到的关联更强，并且尽管相距很远仍保持相互关联。
“我们介绍的方法的优点是，除非对两个纠缠光束进行联合测量，否则无法恢复编码信息，”马里诺说。 “这有安全通信等应用，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组合以提取编码信息。”
通过一系列图像和相关测量，研究人员展示了在这些量子纠缠光束中成功编码信息的结果。只有当使用预期的方法将两个光束组合在一起时，信息才会分解为以图像形式编码的可识别信息。
“实验结果描述了如何将空间模式从一个光场转移到两个使用称为四波混合的量子力学过程产生的新光场，”Nirala说。 “编码的空间模式只能通过对生成场的联合测量来检索。这个实验的一个有趣方面是它提供了一种通过修改各种空间模式之间的相关性而不影响时间相关性来编码光信息的新方法。”
“原则上，这可以实现的是利用光的空间特性安全地编码和传输大量信息的能力，就像图像包含的信息不仅仅是打开和关闭灯一样，”Marino说。 “使用空间相关性是一种编码信息的新方法。”
