神奇！量子全息图竟能发送消失的消息

作者：卡梅尔·帕达维奇-卡拉汉

一种量子消失现象可能使得在全息图中嵌入安全消息，并在发送后能够有选择地擦除部分消息成为可能。

量子光信号从本质上来说是安全的信息载体，因为拦截它们的信息会破坏对其进行编码的脆弱量子态。为了在无需使用大型设备的情况下利用这一优势，英国埃克塞特大学的詹森·李及其同事使用了一种超表面，这是一种经过工程设计具有特殊性质的二维材料，来创建量子全息图。

全息图编码复杂信息，被照亮时这些信息就能恢复——例如，一张 2D 全息纸卡在光线以正确角度照射时会显示出 3D 图像。为了制作量子全息图，研究人员把信息编码进光粒子或光子的量子态里。

首先，他们使用激光使一种特殊晶体发射出两个通过量子纠缠不可分割地相连的光子。光子沿着不同的路径传播，只有一个在途中遇到了超表面。超表面上有成千上万的微小组件，比如纳米级的脊，以预先编程的方式改变了光子的量子态，将全息图像编码到其中。

伙伴光子遇到了一个偏振滤光片，这个滤光片控制着全息图哪些部分被显示，哪些部分消失。第一个光子的状态是全息图的叠加态，因此它同时包含了信息的许多可能变化。由于光子是相互纠缠的，对第二个光子进行偏振操作会影响另一个光子撞击相机时所产生的图像。例如，测试全息图包含字母 H、D、V 和 A，但添加一个水平偏振光的滤光片会从最终图像中抹去字母 H。

李说，超表面能够被用于将更为复杂的信息编码进光子之中，例如作为量子密码协议的一部分。8 月 21 日，他于加利福尼亚州圣地亚哥举办的 SPIE 光学 + 光子学会议上展示了此项工作。

“每个人的梦想都是看到所有这些在桌子上铺开达数平方米的量子技术能够紧凑到足以被装进你的智能手机里。”南非金山大学的 安德鲁·福布斯 说。他说，像新实验中的那些量子全息图也能够用于医学中对微小的生物结构进行成像，这是一个正在迅速扩展的领域。