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軌道角運動量で4フォトンをエンタングル

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February, 9, 2016, Leiden--ライデン(Universiteit Leiden)の物理学者は、軌道角運動量で4フォトンを初めてエンタングルした。
 研究チームは、レーザを結晶に透過させ、4フォトン結合された「回転」を実現した。これまで、これは2フォトンでしかできなかった。この発見により、複数者間で破られることのない複合情報の秘密通信ができる。
 エンタングルメントは、完全秘密通信や量子コンピューティングといったアプリケーションで極めて有望である。2フォトンが同時に作られると、それらは対の片方となるので、その回転は常に他方と置き換えられる。1つのフォトンで左「回転」を計測すると、他方は同じフィルタで計測後、常に右に「回転」する。これをエンタングルメントと言う。測定前は、各フォトンの「回転」は決まっていない。
 回転は、1992年に研究者が発見したフォトンの特徴。物理学者はこれを軌道角運動量と言う。この特徴には2つ以上の値がある。それは無限に大きなアルファベットの情報をカバーする。したがって、これを用いることで、2つの値しかない偏向のような特徴を用いるよりも、フォトン当たりの転送可能な情報量は遥かに大きくなる。2001年、研究チームは軌道角運動量で初めて2つのフォトンをエンタングルすることができた。現在、ライデンの物理学者、Wolfgang Löfflerの研究チームは、この方法で4フォトンを初めてエンタングルした。
 実験中、研究チームは、2psのUV短パルスを結晶に透過させた。これは時々4エンタングルフォトンを生み出す。これは極めて稀であるが、1秒に8000万パルスを生成することで1秒に平均2つの4フォトン多重を検出することができた。これらが軌道角運動量で確かにエンタングルされていることを確認するために、研究チームは、この「回転」を平面波として進む光に戻す空間位相変調器を用いた。研究チームは、この「正常な」光をシングルフォトンディテクタで記録した。