首款高精度量子糾纏光學(xué)濾波器問世

原標(biāo)題：首款高精度量子糾纏光學(xué)濾波器問世

科技日?qǐng)?bào)北京4月7日電 （記者張夢(mèng)然）美國(guó)南加州大學(xué)團(tuán)隊(duì)在最新一期《科學(xué)》雜志上發(fā)表研究，介紹了他們開發(fā)的首個(gè)能隔離噪聲并保留量子糾纏的光學(xué)濾波器。這一進(jìn)展為開發(fā)緊湊且高性能的糾纏系統(tǒng)打下基礎(chǔ)，這些系統(tǒng)可集成到量子光子電路中，從而支持更加可靠的量子計(jì)算架構(gòu)和通信網(wǎng)絡(luò)。

量子糾纏是一種現(xiàn)象，其中兩個(gè)或多個(gè)粒子相互關(guān)聯(lián)，以至于一個(gè)粒子的狀態(tài)會(huì)立即影響其他粒子的狀態(tài)，無論它們之間相距多遠(yuǎn)。這種特性對(duì)于實(shí)現(xiàn)大規(guī)模并行計(jì)算、安全信息傳輸以及超越傳統(tǒng)系統(tǒng)的傳感器靈敏度至關(guān)重要。然而，量子糾纏非常脆弱，容易受到噪聲或錯(cuò)誤的影響，這限制了它們的實(shí)際應(yīng)用。

此次，研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造了一種新型光學(xué)濾波器。這種濾波器基于激光寫入的玻璃光通道（波導(dǎo)）排列而成，能像雕塑家去除多余材料一樣，濾去所有不必要的成分，僅保留純凈的糾纏狀態(tài)。不論入射光如何被降解或混合，該設(shè)備都能有效去除不需要的部分，只留下關(guān)鍵的量子相關(guān)性。

這項(xiàng)突破的核心在于一種名為反奇偶校驗(yàn)時(shí)間（APT）對(duì)稱性的理論物理學(xué)概念的應(yīng)用。與傳統(tǒng)的光學(xué)系統(tǒng)不同，后者旨在避免損失并保持對(duì)稱性，APT對(duì)稱系統(tǒng)則以精確且可控的方式接受損失。通過將這種設(shè)計(jì)巧妙地結(jié)合到耗散與干涉能力之中，系統(tǒng)提供了一種獨(dú)特的方法來控制光的行為，開辟了操縱光的新途徑。

團(tuán)隊(duì)將APT對(duì)稱性嵌入到專門設(shè)計(jì)的光波導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)中，創(chuàng)建了一個(gè)結(jié)構(gòu)，它自然地過濾掉噪聲，并引導(dǎo)系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)定的糾纏狀態(tài)。實(shí)驗(yàn)利用南加州大學(xué)實(shí)驗(yàn)室生成的單光子和糾纏光子對(duì)進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果顯示，經(jīng)過APT對(duì)稱糾纏濾波器處理后，使用量子層析成像技術(shù)重建的輸出狀態(tài)證實(shí)了濾波器能以超過99%的保真度恢復(fù)所需的糾纏態(tài)。

這一成果標(biāo)志著向?qū)嵱没孔蛹夹g(shù)邁出了重要一步。

【總編輯圈點(diǎn)】

量子糾纏被稱為幽靈般的“超距作用”，但這種作用又很“脆弱”，容易受到噪聲和錯(cuò)誤的影響。此次，科研人員基于反奇偶校驗(yàn)時(shí)間（APT）這一理論物理學(xué)概念，開發(fā)出一款能隔離和保留量子糾纏的光學(xué)濾波器。他們的設(shè)計(jì)主動(dòng)利用可控的損耗來控制光的行為，精準(zhǔn)過濾影響量子糾纏的“噪聲”。量子糾纏的脆弱性長(zhǎng)期制約其實(shí)際應(yīng)用，濾波器實(shí)現(xiàn)了主動(dòng)隔離，為量子計(jì)算機(jī)、量子通信等提供了“凈化功能”，讓量子技術(shù)朝實(shí)用化邁出堅(jiān)實(shí)一步。