神奇！量子全息圖竟能發送消失的消息

作者：卡梅爾·帕達維奇-卡拉漢

一種量子消失現象可能使得在全息圖中嵌入安全消息，並在發送後能夠有選擇地擦除部分消息成爲可能。

量子光信號從本質上來說是安全的信息載體，因爲攔截它們的信息會破壞對其進行編碼的脆弱量子態。爲了在無需使用大型設備的情況下利用這一優勢，英國埃克塞特大學的詹森·李及其同事使用了一種超表面，這是一種經過工程設計具有特殊性質的二維材料，來創建量子全息圖。

全息圖編碼複雜信息，被照亮時這些信息就能恢復——例如，一張 2D 全息紙卡在光線以正確角度照射時會顯示出 3D 圖像。爲了製作量子全息圖，研究人員把信息編碼進光粒子或光子的量子態裡。

首先，他們使用激光使一種特殊晶體發射出兩個通過量子糾纏不可分割地相連的光子。光子沿着不同的路徑傳播，只有一個在途中遇到了超表面。超表面上有成千上萬的微小組件，比如納米級的脊，以預先編程的方式改變了光子的量子態，將全息圖像編碼到其中。

夥伴光子遇到了一個偏振濾光片，這個濾光片控制着全息圖哪些部分被顯示，哪些部分消失。第一個光子的狀態是全息圖的疊加態，因此它同時包含了信息的許多可能變化。由於光子是相互糾纏的，對第二個光子進行偏振操作會影響另一個光子撞擊相機時所產生的圖像。例如，測試全息圖包含字母 H、D、V 和 A，但添加一個水平偏振光的濾光片會從最終圖像中抹去字母 H。

李說，超表面能夠被用於將更爲複雜的信息編碼進光子之中，例如作爲量子密碼協議的一部分。8 月 21 日，他於加利福尼亞州聖地亞哥舉辦的 SPIE 光學 + 光子學會議上展示了此項工作。

“每個人的夢想都是看到所有這些在桌子上鋪開達數平方米的量子技術能夠緊湊到足以被裝進你的智能手機裡。”南非金山大學的 安德魯·福布斯 說。他說，像新實驗中的那些量子全息圖也能夠用於醫學中對微小的生物結構進行成像，這是一個正在迅速擴展的領域。