Investigadores de la Universidad de Rochester han superado desafíos experimentales para demostrar una nueva forma de obtener una imagen completa de la luz retorcida: caracterizar la distribución Wigner.
La luz retorcida ha despertado el interés de los investigadores por su potencial para aplicaciones de comunicación cuántica. La naturaleza discreta de uno de los parámetros que definen la luz torcida, el momento angular orbital OAM, lo hace atractivo para codificar información cuántica. Tampoco se conocelímite fundamental al valor máximo de OAM que se puede codificar en un fotón, lo que podría permitir una comunicación más rápida que con otros sistemas.
Pero antes de que cualquier sistema en particular pueda usarse en la comunicación cuántica, los investigadores deben poder medirlo y describirlo. Otros métodos para obtener la función de onda, una propiedad que describe un sistema cuántico en su totalidad, como la tomografía cuántica o lamediciones - han sido demostradas en el pasado. Sin embargo, en a Cartas de revisión física artículo publicado esta semana, los investigadores de Rochester afirman que su técnica es particularmente "adecuada para aplicaciones de información cuántica que involucran una gran cantidad de estados OAM".
La distribución de Wigner es una construcción matemática que describe completamente un sistema en términos de dos variables conjugadas, es decir, dos variables vinculadas por el principio de incertidumbre de Heisenberg. Mohammad Mirhosseini, asociado postdoctoral en el grupo del profesor de óptica Robert W. Boyd, y sus colaboradoresdel Instituto de Óptica han mostrado cómo se puede obtener la distribución de Wigner para luz torcida. El trabajo también representa la primera caracterización de la distribución de Wigner que involucra una variable discreta, como es el caso de OAM.
"Aparte de los usos potenciales en la comunicación cuántica, nuestro trabajo podría ofrecer una buena manera de describir sistemas atómicos con niveles cuantificados", dijo Mirhosseini. "La distribución de Wigner de luz retorcida es una forma muy completa de entender el sistema: no solo¿Nos dice acerca de la relación entre estas dos variables vinculadas, pero también nos dice sobre el comportamiento del sistema. Demostramos que la distribución de Wigner para superposiciones de luz torcida contiene valores negativos, lo que revela un comportamiento ondulatorio ".
Mirhosseini cree que su trabajo también podría mostrar un posible camino a seguir para otros experimentos.
"Medir el tiempo en sistemas cuánticos no es tan simple como usar un reloj; puede resultar un desafío", dice Mirhosseini. "La variable conjugada de OAM, ángulo, es en muchos aspectos similar a la fase, que en sí misma es similar al tiempo. Entonces, tal vez las lecciones aprendidas aquí puedan aplicarse, en otros experimentos, a sistemas en los que necesitamos medir el tiempo ".
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Materiales proporcionados por Universidad de Rochester . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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