Il y a eu un débat intéressant sur l'origine quantique par rapport à l'origine classique de l'imagerie fantôme en lumière thermique. Pour clarifier ce dilemme quantique-classique, Lixiang Chen de l'Université de Xiamen en Chine a formulé une matrice de densité pour décrire pleinement l'état de moment angulaire orbital thermique à deux photons, qui a révélé le quantum caché avec une discorde non nulle. Puis, un schéma de téléportation mimant a été conçu pour démontrer la possibilité de téléporter une image optique, avec un arrière-plan sans relief qui l'accompagne.

Dans la science-fiction, La "téléportation" est généralement décrite comme un moyen de transférer des objets physiques d'un endroit à un autre à une certaine distance. Mais en physique, la téléportation quantique ne transfère que des informations quantiques, c'est à dire., l'état quantique d'une particule, sans aucune transmission physique de la particule elle-même. Le protocole quantique de téléportation a été théoriquement développé par Bennett et ses collègues en 1993 et ​​sa première démonstration expérimentale a été réalisée par Bouwmeester et ses collègues en 1997. Des progrès récents ont été réalisés pour réaliser la téléportation d'un émetteur sur Terre à un récepteur sur un satellite, vers une échelle mondiale. Dans le schéma d'origine, l'intrication quantique est une condition préalable essentielle à la mise en œuvre de la téléportation.

D'autre part, L'imagerie fantôme représente une technique d'acquisition d'images intrigante dans laquelle une image peut être reconstruite en utilisant un faisceau lumineux qui n'interagit jamais avec l'objet. Cependant, il a été démontré que, en plus de la source de biphotons intriqués quantiques, une source lumineuse thermique classique peut également être exploitée pour réaliser la tâche d'imagerie fantôme, soulevant ainsi la question de savoir si l'enchevêtrement était vraiment nécessaire pour l'imagerie fantôme. Beaucoup de travaux distingués ont contribué, à la fois théoriquement et expérimentalement, cependant, le dilemme quantique-classique persiste.

Dans un nouvel article publié dans Science de la lumière et application , Lixiang Chen du Collège des sciences physiques et technologiques, Université de Xiamen, Chine, a étudié ce dilemme quantique-classique en cours. Dans un espace de Hilbert à moment angulaire orbital à photons (OAM), il a formulé une matrice de densité pour décrire complètement l'état à deux photons dans une source de lumière thermique, qui apparaît comme la somme d'un état intriqué OAM de grande dimension et d'un état diagonal entièrement séparable. De façon intéressante, il est prouvé que la matrice densité est séparable, c'est à dire., zéro enchevêtrement en soi. Toujours, cette formulation offre une image physiquement intuitive pour révéler le quantum caché dans l'état OAM thermique à deux photons, comme cela a été caractérisé par une discorde géométrique non nulle qui discerne des corrélations quantiques au-delà de l'intrication.

Une question suivante se pose naturellement pour savoir si un tel état thermique à deux photons non intriqué mais non classique pourrait être exploré pour des applications quantiques utiles. L'auteur a répondu positivement à cette question en revisitant le protocole de téléportation quantique. Les simulations numériques ont montré que, au niveau du photon unique, l'état OAM thermique à deux photons pourrait être exploité pour téléporter un état OAM de grande dimension, dans lequel l'état récupéré est juste un mélange d'une réplique exacte de l'état d'origine et d'un arrière-plan mélangé au maximum.

Contrairement à l'état de polarisation bidimensionnel, les états propres OAM forment une dimension infinie, orthogonal, et base complète. Par conséquent, une image optique d'amplitude complexe peut être représentée de manière équivalente par un vecteur d'état OAM de grande dimension. Ainsi, la possibilité de téléporter une image de trèfle à la fois en modulation d'amplitude et de phase a également été théoriquement démontrée, avec plusieurs répétitions du protocole.

Le professeur Chen résume ainsi le principe de fonctionnement du protocole :« Le champ lumineux, émis par une source lumineuse thermique, est divisé en deux trajets par un séparateur de faisceau non polarisant, qui génère l'état OAM thermique à deux photons. Le photon dans un chemin est dirigé pour interagir avec un autre troisième photon (codé avec l'image de trèfle d'amplitude complexe) dans l'étape de mesure de l'état de Bell (BSM) à haute dimension. Conditionné aux résultats du BSM et après avoir été effectué avec une opération unitaire appropriée, le photon dans l'autre chemin est envoyé pour frapper une caméra ICCD fonctionnant en mode de déclenchement. Puis, l'image originale peut être récupérée correctement par la caméra ICCD, avec plusieurs répétitions de notre protocole."

« Dans la présente proposition, la transmission correcte d'une image est assurée par le composant d'intrication OAM pur de grande dimension, tandis que la composante diagonale complètement mélangée crée simplement un arrière-plan sans relief. » Il a ajouté.

"À l'avenir, mon cadre théorique peut également nécessiter d'autres études sur l'utilisation de l'état thermique multiphotonique pour démontrer de nouvelles tâches d'information quantique, telles que la préparation d'états à distance et l'imagerie novatrice avec des photons non détectés. ", prédit le professeur Chen.