Искривленный свет вызвал интерес исследователей из-за своего потенциала для приложений квантовой связи. Дискретность одного из определяющих параметров закрученного света, орбитального углового момента (OAM), делает его привлекательным для кодирования квантовой информации. Также не существует известного фундаментального ограничения на максимальное значение OAM, которое может быть закодировано в фотон, что могло бы обеспечить более быструю связь, чем с другими системами.
Но прежде чем какую-либо конкретную систему можно будет использовать в квантовой коммуникации, исследователи должны уметь ее измерить и описать. Другие методы получения волновой функции, свойства, которое полностью описывает квантовую систему, например квантовая томография или прямые измерения, были продемонстрированы в прошлом. Однако в статье Physical Review Letters, опубликованной на этой неделе, исследователи из Рочестера заявляют, что их метод особенно «подходит для приложений квантовой информации, включающих большое количество состояний OAM."
Распределение Вигнера — это математическая конструкция, которая полностью описывает систему в терминах двух сопряженных переменных, то есть двух переменных, связанных принципом неопределенности Гейзенберга. Мохаммад Мирхоссейни, доцент кафедры оптики Роберт В. Группа Бойда и его сотрудники из Института оптики теперь показали, как можно получить распределение Вигнера для закрученного света. Работа также представляет собой первую характеристику распределения Вигнера, которая включает дискретную переменную, как в случае с OAM.
«Помимо потенциального использования в квантовой коммуникации, наша работа может предложить хороший способ описания атомных систем с квантованными уровнями», — сказал Мирхоссейни. «Распределение искривленного света Вигнера — это очень полный способ понять систему: оно не только говорит нам о связи между этими двумя связанными переменными, но также говорит нам о поведении системы. Мы показали, что распределение Вигнера для суперпозиций закрученного света содержит отрицательные значения, что свидетельствует о волнообразном поведении."
Мирхоссейни считает, что их работа также может указать возможный путь вперед для других экспериментов.
«Измерение времени в квантовых системах не так просто, как использование часов — это может оказаться сложной задачей», — говорит Мирхоссейни. "Сопряженная переменная OAM, угол, во многом похожа на фазу, которая сама похожа на время. Так что, возможно, уроки, извлеченные здесь, могут быть применены в других экспериментах к системам, где нам нужно измерять время."