La lumière structurée est une façon élégante de décrire des motifs ou des images de lumière, mais à juste titre car il promet des communications futures qui seront à la fois plus rapides et plus sécurisées.

La mécanique quantique a parcouru un long chemin au cours des 100 dernières années, mais a encore un long chemin à parcourir. Dans AVS Science Quantique des chercheurs de l'Université de Witwatersrand en Afrique du Sud examinent les progrès réalisés dans l'utilisation de la lumière structurée dans les protocoles quantiques pour créer un alphabet de codage plus large, une sécurité renforcée et une meilleure résistance au bruit.

"Ce que nous voulons vraiment, c'est faire de la mécanique quantique avec des motifs de lumière, " a déclaré l'auteur Andrew Forbes. " Par ceci, nous voulons dire que la lumière se présente sous une variété de motifs qui peuvent être rendus uniques, comme nos visages."

Étant donné que les motifs de lumière peuvent être distingués les uns des autres, ils peuvent être utilisés comme une forme d'alphabet. "Ce qui est cool, c'est qu'il y a, en principe du moins, un ensemble infini de motifs, donc un alphabet infini est disponible, " il a dit.

Traditionnellement, des protocoles quantiques ont été mis en place avec la polarisation de la lumière, qui n'a que deux valeurs - un système à deux niveaux avec une capacité d'information maximale par photon de seulement 1 bit. Mais en utilisant des motifs de lumière comme alphabet, la capacité d'information est beaucoup plus élevée. Aussi, sa sécurité est plus forte, et la robustesse au bruit (comme les fluctuations de la lumière de fond) est améliorée.

"Les modèles de lumière sont une route vers ce que nous appelons des états de haute dimension, " Forbes a déclaré. "Ils sont de haute dimension, car de nombreux modèles sont impliqués dans le processus quantique. Malheureusement, la boîte à outils pour gérer ces modèles est encore sous-développée et nécessite beaucoup de travail."

La communauté de la science quantique a fait de nombreuses avancées récentes notables, tant dans la science que dans les technologies dérivées. Par exemple, l'échange d'intrication a maintenant été démontré avec des modes spatiaux de lumière, un ingrédient de base dans un répéteur quantique, tandis que les moyens de communiquer en toute sécurité entre les nœuds sont désormais possibles grâce à des protocoles de distribution de clés quantiques de grande dimension. Ensemble, ils nous rapprochent un peu plus d'un réseau quantique rapide et sécurisé.

Dans le même esprit, la construction d'états exotiques multipartites de grande dimension pour l'ordinateur quantique a été réalisée, tout comme la résolution améliorée dans l'imagerie fantôme (produite en combinant la lumière de deux détecteurs de lumière). Pourtant, il reste difficile de dépasser les deux photons omniprésents en deux dimensions pour un contrôle total de plusieurs photons intriqués dans des dimensions élevées.

"Nous savons créer et détecter des photons intriqués dans des motifs, " a déclaré Forbes. " Mais nous n'avons pas vraiment un bon contrôle pour les faire passer d'un point à un autre, car ils se déforment dans l'atmosphère et dans la fibre optique. Et nous ne savons pas vraiment comment en extraire efficacement les informations. Cela nécessite trop de mesures pour le moment."

Forbes et son co-auteur Isaac Nape ont aidé à lancer l'utilisation d'états hybrides, une autre grande avancée. Le vieux manuel de mécanique quantique était fait avec la polarisation.

"Il s'avère que de nombreux protocoles peuvent être mis en œuvre efficacement avec des outils plus simples en combinant des motifs avec une polarisation pour le meilleur des deux mondes, " a déclaré Forbes. " Plutôt que deux dimensions de motifs, les états hybrides permettent d'accéder à des états multidimensionnels, par exemple, un ensemble infini de systèmes à deux dimensions. Cela semble être une voie prometteuse pour vraiment réaliser un réseau quantique basé sur des modèles de lumière. »