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显示这篇文章的屏幕背后的计算机一次处理一点命令,使用由零或一组成的信息单元。科学家们同样可以利用光来编码信息,因为光子存在于两种可能的自旋状态之一。但是光子也携带一种称为轨道角动量(OAM)的属性,它可以具有无限数量的值。因此,一种可靠的测量轨道角动量的方法可能会导致一种将更多数据打包到光束中的方法。为此,《物理评论快报》6月24日刊发表的研究结果可能有所帮助。苏格兰研究人员报告说,他们已成功地根据轨道角动量对单个光子进行分类,并在单个光子上编码了两位信息。
为了利用光子的角性质,格拉斯哥大学的乔纳森·利奇和他的同事们迫使一束光线穿过各种分束器和棱镜。在将单束光分成两束之后,该团队设置了棱镜,将每个臂旋转不同的角度。当光束重新组合时,研究人员可以根据光束是否保持相同(并显示相长干涉)来对光子进行分类,因为两束光束之间的相移受轨道角动量控制。(上面的图像显示了具有轨道角动量的光束产生的干涉图案。)通过将分类后的光束通过额外的棱镜,该团队可以区分轨道角动量的四个不同值。然后,科学家们降低了光束的强度,使得任何时候只有一个光子进入设备,从而使他们能够根据轨道角动量分离单个光子。
作者指出,这些发现代表了朝着利用轨道角动量进行量子信息处理的令人鼓舞的一步。尽管他们只能区分轨道角动量的无限数量选项中的四个值,但他们得出的结论是,测量单个光子的轨道角动量的能力为更高密度信息传输提供了可能性。