양자 역학을 사용하여 뒤틀린 빛의 입자는 조밀하고 안전한 데이터 저장에 대한 새로운 접근 방식을 제공합니다.

3D 이미지를 생성하고 신용 카드의 보안 기능 역할을 하는 홀로그램은 일반적으로 레이저 빔으로 패턴을 배치하여 만들어집니다. 최근 몇 년 동안 물리학자들은 대신 얽힌 광자로 홀로그램을 만드는 방법을 찾았습니다. 이제 문자 그대로 기술에 대한 새로운 트위스트가 있습니다.

나선형 경로를 따라 이동하는 얽힌 광자는 밀도가 높고 매우 안전한 데이터 암호화의 가능성을 제공하는 홀로그램을 생성했다고 연구원들이 Physical Review Letters에 게재된 연구에서 보고했습니다.

빛은 편광의 상하 및 좌우 패턴을 포함하여 다양한 방식으로 이동할 수 있습니다. 그러나 그것이 궤도 각 운동량으로 알려진 회전 유형을 전달할 때 꼬인 로티니 파스타와 유사한 나선형으로 전파될 수도 있습니다.

다른 광자와 마찬가지로 꼬인 버전은 본질적으로 하나의 엔티티로 작동하도록 얽힐 수 있습니다. 얽힌 광자 쌍 중 하나에 영향을 미치는 것은 매우 멀리 떨어져 있어도 다른 하나에 즉시 영향을 미칩니다.

이전 실험에서 연구원들은 얽힌 꼬인 광자 쌍(SN: 8/5/15)으로 공기를 통해 데이터를 보냈습니다. 이 접근법은 고속 데이터 전송을 허용해야 합니다. 왜냐하면 빛은 서로 다른 양의 꼬임으로 올 수 있고 각 꼬임은 서로 다른 통신 채널 역할을 하기 때문입니다.

이제 홀로그램에 데이터를 기록하는 데 동일한 접근 방식이 적용되었습니다. 여러 개의 꼬인 광 채널에서 정보를 전송하는 대신, 서로 다른 양의 꼬인 광자 쌍이 단일 홀로그램에서 고유한 데이터 세트를 생성합니다. 각각 다른 양의 비틀림이 있는 궤도 각 운동량 상태가 더 많이 포함될수록 연구원은 더 많은 데이터를 홀로그램에 담을 수 있습니다.

더 많은 데이터를 홀로그램에 넣는 것 외에도 데이터를 기록하는 데 사용되는 다양한 트위스트를 늘리면 보안이 향상됩니다. 정보를 읽고자 하는 사람은 정보를 기록한 빛이 어떻게 왜곡되었는지 알거나 추측해야 합니다.

두 가지 유형의 꼬임에 의존하는 홀로그램의 경우 데이터를 해독하기 위해 약 80가지 가능성에서 꼬임의 올바른 조합을 선택해야 한다고 Beijing Institute of Technology의 물리학자 Xiangdong Zhang은 말합니다. 최대 7개의 고유한 트위스트 조합까지 부딪히면 수백만 가지 가능성이 생깁니다. Zhang은 “양자 홀로그램 암호화 시스템이 충분한 보안 수준을 갖도록 보장하기에 충분해야 합니다.”라고 말합니다.

연구원들은 홀로그램에서 단어와 문자를 인코딩하고 뒤틀린 빛으로 데이터를 다시 읽어냄으로써 그들의 기술을 시연했습니다. 연구원들이 홀로그램 데이터로부터 이미지를 생성했지만, 파리 나노과학 연구소의 물리학자 휴고 디피엔느는 저장소 자체를 홀로그램 이미지와 혼동해서는 안 된다고 말했습니다.

새로운 연구에 참여하지 않은 Defienne은 편광 광자에 대한 그의 노력과 같은 다른 양자 홀로그래피 체계가 미세한 구조를 포함한 물체의 직접적인 이미지를 생성한다고 말합니다.

“[그들의] 아이디어는 매우 다릅니다. . . 이러한 의미에서 우리의 접근 방식에서 제외됩니다.”라고 Defrienne은 말합니다. 대부분의 사람들이 홀로그램과 연관시키는 친숙한 3D 이미지를 만드는 대신 “홀로그래피를 사용하여 정보를 저장하고 있습니다.”

Zhang과 그의 동료들이 시연한 뒤틀린 광 데이터 저장 장치는 속도가 느려 실험이 수행된 Beijing Institute of Technology의 약어 “BIT” 이미지를 해독하는 데 거의 20분이 소요되었습니다. 그리고 연구원들이 실험에 최대 6가지 형태의 꼬인 빛만 포함했기 때문에 연구원들이 시연한 보안은 여전히 상대적으로 낮습니다.

Zhang은 기술 개선을 통해 두 가지 한계를 모두 극복할 수 있다고 확신합니다. “우리는 우리 기술이 양자 정보 암호화에 잠재적으로 응용될 수 있다고 생각합니다. 특히 양자 이미지 암호화가 그렇습니다.”라고 그는 말합니다.