Kvantstrukturert lys er på vei fra laboratoriet til virkeligheten. Et internasjonalt team viser i Nature Photonics hvordan hvert foton kan bære langt mer informasjon – med konsekvenser for kommunikasjon, databehandling og måling. Teknologien er nå chip-basert og peker mot tryggere, raskere og mer presise systemer.

Hva er kvantstrukturert lys – og hvorfor er det viktig?

Forskere fra Universitat Autònoma de Barcelona (UAB) og University of the Witwatersrand i Johannesburg beskriver hvordan lys kan formes til komplekse kvantformer ved å styre flere egenskaper samtidig. Resultatet er høydimensjonale kvantetilstander som dramatisk øker informasjonskapasiteten per foton.

«For tjue år siden var verktøykassen for dette praktisk talt tom. I dag har vi kompakte kilder til kvantstrukturert lys på chip-nivå som er effektive og kan skape og kontrollere kvantetilstander.»
— Professor Andrew Forbes, som leder arbeidet

Hva forskningen viser

Studien i Nature Photonics løfter feltet inn i en praktisk fase: mer informasjon per foton, flere parallellkanaler og større robusthet mot støy og feil. Det muliggjør nye greps innen både kommunikasjon, beregning og avansert måleteknikk.

Konsekvenser for teknologi og samfunn

• Kvantkommunikasjon: Høydimensjonale fotoner gir økt sikkerhet ved at mer informasjon pakkes inn i hver lyspartikkel, flere kanaler kan være i drift samtidig, og toleransen for feil og bakgrunnsstøy forbedres.
• Kvantedatabehandling: Strukturert lys kan forenkle kretsdesign, øke prosesseringshastighet og muliggjøre komplekse kvantetilstander for avanserte simuleringer.
• Bildebehandling og måling: Forbedrede oppløsningsteknikker, som det nylig utviklede holografiske kvantmikroskopet som kan avbilde ømfintlige biologiske prøver, og ekstremt følsomme sensorer basert på kvantekorrelasjon.
• Forskning og materialjakt: Strukturert lys kan brukes til å simulere komplekse kvantesystemer, modellere molekylinteraksjoner i nettverk og potensielt veilede oppdagelsen av nye materialer.

«Vi står ved et vendepunkt: kvantstrukturert lys er ikke lenger bare en vitenskapelig kuriositet, men et verktøy med reelt potensial til å transformere kommunikasjon, databehandling og bildebehandling.»
— Adam Vallés, UABs optikkgruppe

Fremskritt fra samarbeidet

UAB og Forbes-gruppen ved University of the Witwatersrand peker på konkrete milepæler:

• Stimulert teleportering av kvanteinformasjon kodet i høye dimensjoner.
• Design av laserkaviteter for å generere komplekse tilstander av høy renhet.
• Kryptografi: Distribusjon av robuste kvantenøkler som tåler hindringer som blokkerer kommunikasjonskanaler.

Fra kuriositet til chip

Teknologien har modnet fra en eksperimentell kuriositet til kompakte, chip-baserte løsninger med reelt potensial. Det langsiktige partnerskapet mellom Vallés og Forbes’ strukturerte lys-gruppe er sentralt for fremgangen, omtalt på forsiden av novemberutgaven 2025 av Nature Photonics.

Ufordringene som gjenstår

«Selv om vi har gjort fantastiske fremskritt, er det fortsatt utfordrende spørsmål. Rekkevidden med strukturert lys, både klassisk og kvantemekanisk, forblir svært lav, men dette er også en mulighet som stimulerer søket etter mer abstrakte frihetsgrader å utnytte.»
— Andrew Forbes

Rekkevidde er altså flaskehalsen. Nettopp derfor intensiveres jakten på nye, mer abstrakte frihetsgrader i lys som kan gi større robusthet og skalerbarhet.

Veien videre: Med høydimensjonale qudits, chip-baserte lyskilder og dokumenterte gevinster i sikkerhet, hastighet og presisjon, peker kvantstrukturert lys seg ut som en nøkkelteknologi for fremtidens digitale infrastruktur. Neste steg blir å forlenge rekkevidden og gjøre systemene mer robuste i praktiske nettverk.