分类结：研究人员创建光学框架结来编码信息

渥太华大学的研究人员与以色列科学家合作，在世界上第一次能够在实验室中制造出可能应用于现代技术的光学框架结。他们的工作为分发秘密密钥的新方法打开了大门-用于加密和解密数据，确保安全通信和保护私人信息。该小组最近在“自然通讯”上发表了他们的发现。这是非常重要的，特别是从拓扑聚焦的角度来看，因为框架结为拓扑量子计算提供了一个平台，资深作者，渥太华大学结构光加拿大研究教授易卜拉欣·卡里米教授解释道。

此外，我们使用这些非平凡的光学结构作为信息载体，并开发了一种用于经典通信的安全协议，其中信息被编码在这些有框架的结中。

研究人员推荐了一个简单的自己动手的课程，以帮助我们更好地理解框架结，也就是那些也可以被描述为表面的结。

第一作者、渥太华大学校友、麻省理工学院(MIT)博士生雨果·拉洛克(Hugo Larocque)说，拿出一张狭长的纸，试着做出一篇，这是第一作者雨果·拉洛克(Hugo Larocque)说的。

由此产生的对象被称为框架结，并且具有非常有趣和重要的数学特征。

研究小组试图在光束范围内实现相同的结果，这带来了更高的难度。经过几次尝试(打结看起来更像打结的绳子)，研究小组找到了他们正在寻找的东西：一种打结的丝带结构，这是框式打结的典型特征。

雨果·拉洛克(Hugo Larocque)解释说，为了添加这条丝带，我们的团队依靠光束整形技术来操纵光的矢量性质，雨果·拉洛克(Hugo Larocque)解释说。通过改变光场沿无框架光学结的振荡方向，我们能够通过将这些振荡场描绘出的线条粘合在一起，为后者分配一个帧。"；；我们通过改变光场沿非框架光学结的振荡方向，将这些振荡场描绘出的线条粘合在一起，从而为后者分配了一个帧。

根据研究人员的说法，结构光束正被广泛用于编码和分发信息。

这项研究的合著者、渥太华博士后研究员Alessio D&39；Errico博士说，到目前为止，这些应用仅限于物理量，这些物理量可以通过在给定位置观察光束来识别。

我们的工作表明，丝带方向上的扭曲数结合素数因式分解可以用来提取纽结的所谓辫子表示。

这些对象的结构特征可以用来指定处理程序，雨果·拉洛克补充道。在这种情况下，这个程序需要保密，同时在各方之间传播它，人们需要一种方法来加密它，然后再解密它。我们的工作解决了这个问题，建议使用我们的光学框架结作为这些程序的加密对象，这些程序稍后可以通过我们也介绍的辫子提取方法恢复。

首次利用这些复杂的3-D结构来开发分发秘密密钥的新方法。此外，在量子计算、通信和无耗散电子学中利用拓扑概念也引起了广泛而强烈的兴趣。结也是由特定的拓扑属性来描述的，这在密码协议中到目前为止还没有考虑到。"；

该项目背后的想法是在2018年希腊克里特岛的一次科学会议上与以色列研究人员进行讨论时产生的。

来自内盖夫的本古里安大学和以色列的巴伊兰大学的科学家们开发了质数编码协议。

该项目随后跨越地中海和大西洋，最后到达位于渥太华大学高级研究中心的卡里米博士的实验室。这就是实验程序开发和进行的地方。然后对得到的数据进行分析，并通过一个专门设计的程序提取编织结构。

雨果·拉洛克(Hugo Larocque)说，目前的技术使我们有可能高精度地操纵光束的不同特征，如强度、相位、波长和偏振。这允许使用全光方法对信息进行编码和解码。量子密码协议和经典密码协议都是利用这些不同的自由度设计出来的。

我们的工作为使用隐藏在激光束传输中的更复杂的拓扑结构来分发秘密密钥开辟了道路。

此外，我们开发的实验和理论技术可能有助于发现拓扑量子计算的新实验方法，有望超越当前量子计算技术中与噪音相关的问题，易卜拉欣·卡里米博士补充道。

“作为信息载体的光学框架结”这篇论文最近发表在“自然通讯”杂志上。更多信息：Hugo Larocque等人，作为信息载体的光学框架结，自然通信(2020)。DOI：10.1038/s41467020-18792-z