Dimensionsvittne avslöjar fotonernas storlek

Forskare vid Stockholms universitet har kommit ett steg närmare framtidens mångdimensionella kommunikations- och datasystem. I en nyligen publicerad artikel i tidskriften Nature Physics har de experimentellt visat hur man på ett enkelt sätt kan bestämma en undre gräns för antal dimensioner som ett system utnyttjar. Professor Mohamed Bourennane vid institutionen för fysik har varit med och lett studien.

Kvantinformatisk forskning sammanfogar flera vetenskapliga discipliner från kvant- och materialfysik, till informationsteknologi och telekommunikation och öppnar banor för uppgifter som villkorslöst säker kommunikation eller effektiv hantering av beräkningar som knäcker konventionella datorer. För sådana uppgifter, är dimensionen hos det informationsbärande systemet av avgörande betydelse.

Forskare vid Stockholms universitet har experimentellt visat hur man på ett enkelt sätt kan bestämma en undre gräns för det antal dimensioner som ett system utnyttjar samt avgöra om dessa är klassiska eller kvantmekaniska.

- Det tilltalande med vårt experiment är att de vittnen som vi utnyttjar agerar på ett anordningsoberoende sätt. Det innebär att man exempelvis kan testa om ett kommersiellt kommunikationssystem använder sig av det angivna antalet frihetsgrader, utan att behöva skruva isär systemet och förstå sig på dess inre funktion, säger Mohamed Bourennane,  

Den forskningsgrupp Mohamed Bourennane leder arbetar inom området kvantinformation och kvantoptik, vilket innebär att de använder ljuspartiklar, s.k. fotoner, som informationsbärande system. I det aktuella experimentet användes, i olika kombinationer, positions- och polarisationsfrihetsgrader hos fotonerna för att koda in information i två-, tre- och fyr-nivåsystem.

- Att endast kunna bestämma en undre gräns kan låta som en stor begränsning. Det finns dock informationsteoretiska problem som endast kan lösas av system med dimensionen större än en bestämd gräns. I dessa situationer är ett dimensionsvittne precis vad man behöver. Hittills har kommunikations och databehandlingssystem mer eller mindre uteslutande använt sig av två-nivåsystem (binära operationer) och eftersom två är det minsta antalet frihetsgrader man kan använda sig av för att skicka information har den här typen av tester inte varit av intresse tidigare. Däremot finns det mycket som talar för att mång-dimensionella system kommer att bli vanliga i framtiden. Utöver tillämpningar inom informations- och kommunikationsteknologi kan våra resultat mycket väl komma till användning inom vetenskapens andra grenar såsom bioinformatik och ekonomi, säger Mohamed Bourennane.

För mer information kontakta gärna
Mohamed Bourennane professor, Stockholms universitet: tfn 08-55 37 87 36, mobil 070-565 27 30, e-post boure@fysik.su.se.
Johan Ahrens, doktorand, Stockholms universitet: tfn 08-55 37 86 88, mobil 070-7647014, e-post ahrens@fysik.su.se.