單個光子攜帶信息量紀(jì)錄被打破
訊石光通訊網(wǎng) 發(fā)布時間:2008/3/27 9:19:39 編者:iccsz
摘要:美國物理學(xué)家最近成功地讓單個光子攜帶的信息量達(dá)到1.63比特,這一數(shù)字打破了此前單個光子最多攜帶1.585比特信息的紀(jì)錄。該研究成果有助于衛(wèi)星通信的效率的最大化。相關(guān)論文3月23日在線發(fā)表于《自然—物理學(xué)》(Nature Physics)上。
美國物理學(xué)家最近成功地讓單個光子攜帶的信息量達(dá)到1.63比特,這一數(shù)字打破了此前單個光子最多攜帶1.585比特信息的紀(jì)錄。該研究成果有助于衛(wèi)星通信的效率的最大化。相關(guān)論文3月23日在線發(fā)表于《自然—物理學(xué)》(Nature Physics)上。
從理論上而言,如果發(fā)射器能夠調(diào)整單個光子的波長,而接收器能夠高精度地測量和分辨該波長,那么一個光子能夠攜帶的信息量可以輕松達(dá)到幾個比特。不過,現(xiàn)行的技術(shù)還無法對單個光子進(jìn)行上述處理。
實際中的單光子通信(single-photon communication)利用了光的另一特性——偏振(對光子而言就是極化作用)。即隨著其電場的空間變化,單個光子在某一時刻必然具有兩種極化狀態(tài)之一(0或1)。簡單的光學(xué)設(shè)備就能“讀出”單個光子的這種極化屬性,因此,在最通常的情況下,一個光子可以編碼入1比特信息。
不過,科學(xué)家已經(jīng)可以利用非線性的量子糾纏態(tài)來實現(xiàn)所謂的量子密集編碼(quantum dense coding),從而增加單個光子攜帶的內(nèi)容。其思路就是在光子的終極接收器A上都預(yù)備一對處于糾纏態(tài)的光子,并向發(fā)射器B傳送其中之一。當(dāng)B向A發(fā)回其信息光子時,通過測量該光子對的狀態(tài),就能得到四種可能性,這實際上就是2個比特的信息量。然而,由于普通的光學(xué)設(shè)備無法完全區(qū)分4種糾纏狀態(tài),最優(yōu)也只能區(qū)分3種情況,這相當(dāng)于單個光子攜帶了1.585比特信息。
在最新的研究中,美國伊利諾伊大學(xué)香檳分校的Julio Barreiro(第一作者)和同事為光子對的糾纏添加了一個新的自由度,即超糾纏(hyper-entangled)。兩個光子不僅擁有自旋糾纏,而且被賦予了軌道角動量,這讓它以螺旋狀軌跡運動。雖然該過程并沒有額外編碼什么信息(攜帶信息的依然是極化方向),但這一光子“扭曲”能夠讓接收端梳理出密集編碼方式中的4種狀態(tài)。因此Barreiro說,“原則上我們現(xiàn)在可以令每個光子攜帶2比特信息了。”
由于目前的偏振分光器(polarising beam-splitters)等光學(xué)設(shè)備尚存缺憾,研究人員在實驗中并沒有實現(xiàn)完美的2比特,只達(dá)到1.63,但這一數(shù)字也仍然打破了此前的紀(jì)錄。研究人員現(xiàn)在正在試圖進(jìn)行補償,并嘗試“擠入”更多的信息。
Barreiro表示,新的研究成果有助于實現(xiàn)衛(wèi)星通信效率的最大化。3月初,奧地利和意大利科學(xué)家首次證實了從地面向衛(wèi)星進(jìn)行單光子通信的可行性(點擊查看論文)。不過,Barreiro認(rèn)為,由于各種大氣干擾因素(騷動、灰塵和水蒸氣等)會破壞光子對的相干性,新的扭曲光技術(shù)可能在衛(wèi)星間通信中更有潛力。
論文高級作者、利諾伊大學(xué)香檳分校的約翰•巴丁教授Paul Kwiat表示,“現(xiàn)在距最初實驗實現(xiàn)量子通信已有10多年,但信道容量(channel capacity)仍是一個根本性的限制。”當(dāng)然,光子通信的未來還有很大空間。如果能夠?qū)⑦@種扭曲應(yīng)用于編碼信息,可能每個光子所能攜帶的信息還會超過2比特。
免責(zé)聲明:凡本網(wǎng)注明“訊石光通訊咨詢網(wǎng)”的所有作品,版權(quán)均屬于光通訊咨詢網(wǎng),未經(jīng)本網(wǎng)授權(quán)不得轉(zhuǎn)載、摘編或利用其它方式使用上述作品。 已經(jīng)本網(wǎng)授權(quán)使用作品的,應(yīng)在授權(quán)范圍內(nèi)使用,反上述聲明者,本網(wǎng)將追究其相關(guān)法律責(zé)任。
※我們誠邀媒體同行合作! 聯(lián)系方式:訊石光通訊咨詢網(wǎng)新聞中心 電話:0755-82960080-188 debison