光的資訊承載能力翻倍

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顯示這篇文章的螢幕背後的計算機一次處理一點命令,使用由零或一組成的資訊單元。科學家們同樣可以利用光來編碼資訊,因為光子存在於兩種可能的自旋狀態之一。但是光子也攜帶一種稱為軌道角動量(OAM)的屬性,它可以具有無限數量的值。因此,一種可靠的測量軌道角動量的方法可能會導致一種將更多資料打包到光束中的方法。為此,《物理評論快報》6月24日刊發表的研究結果可能有所幫助。蘇格蘭研究人員報告說,他們已成功地根據軌道角動量對單個光子進行分類,並在單個光子上編碼了兩位資訊。

為了利用光子的角性質,格拉斯哥大學的喬納森·利奇和他的同事們迫使一束光線穿過各種分束器和稜鏡。在將單束光分成兩束之後,該團隊設定了稜鏡,將每個臂旋轉不同的角度。當光束重新組合時,研究人員可以根據光束是否保持相同(並顯示相長干涉)來對光子進行分類,因為兩束光束之間的相移受軌道角動量控制。(上面的影像顯示了具有軌道角動量的光束產生的干涉圖案。)透過將分類後的光束透過額外的稜鏡,該團隊可以區分軌道角動量的四個不同值。然後,科學家們降低了光束的強度,使得任何時候只有一個光子進入裝置,從而使他們能夠根據軌道角動量分離單個光子。

作者指出,這些發現代表了朝著利用軌道角動量進行量子資訊處理的令人鼓舞的一步。儘管他們只能區分軌道角動量的無限數量選項中的四個值,但他們得出的結論是,測量單個光子的軌道角動量的能力為更高密度資訊傳輸提供了可能性。

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