耦合光纤环系统的纠缠态制备和量子干涉图示。图片来源：Nature Photonics （2024）。DOI： 10.1038/s41566-024-01546-4
一项新的研究为尖端解决方案打开了大门，这些解决方案可能有助于实现能够以简单而强大的方式处理量子信息的系统。
他们的工作刚刚发表在《自然光子学》杂志上，提出了一种以前所未有的方式操纵光的光子状态的方法，从而更好地控制光子传播的演变。这种控制可以提高光子重合的检测和数量，以及系统的效率。
该研究由国家科学研究所 （INRS） 的 Roberto Morandotti 教授与来自德国、意大利和日本的团队合作共同指导。
未被发现的特性研究团队实验的核心是量子游走的概念。“量子计算领域的发展始于大约 20 年前，从量子游走的概念中受益匪浅，众所周知，量子游走可以提高计算机算法的速度和复杂性，”Morandotti 教授解释说，他的实验室位于 INRS Énergie Matériaux Télécommunications 研究中心。
最近，科学界开发了另一个概念：合成光子网络。“这项工作使我们能够使用合成光子学维度的概念在基本层面上探索许多量子现象，并将它们应用于量子技术，”Morandotti 团队的博士后、该研究的合著者 Stefania Sciara 解释说。
这种晶格的潜力是众所周知的，例如模拟奇偶校验时间对称性、光的超流体和拓扑结构等效应，但使用的是传统技术。
“但是，尽管它们具有潜力，”她补充道，“但能够处理量子态的合成光子晶格从未被证明过。
这正是 Morandotti 和他的团队所做的。他们发现了一种时间合成光子晶格，能够在简单纤维系统中使用量子游走的概念来生成和操纵光的量子态（光子）。
“我们的团队已经发现了如何使用合成光子晶格来处理量子信息，基于纠缠在其时间状态中的高维光子的量子游走，”Morandotti 报告说。“该系统不需要大量资源，因为它由光纤设备组成，这些设备与标准电信基础设施兼容。”
应用广泛的创新技术这一突破为使用合成光子晶格打开了大门，通过使用量子步走进行量子信息处理来简化。
“我们的方法史无前例，原因有两个，”Morandotti 说。“它可以更好地控制时域中量子游走的演化，并使经典光和纠缠光子的同时操纵成为可能。这一发现为在与微处理器芯片兼容的电信就绪架构上实现各种先进的量子计算和信息协议铺平了道路。
与量子信息处理相关的几个基础物理学领域可以从研究人员的成果中受益，包括量子计算、量子计量和安全量子通信。
“我们的系统完全基于电信领域使用的光纤设备，可以与当前和未来的电信基础设施相结合，”Sciara 说。“这一发现证明，使用触手可及的设备、技术和基础设施实现高性能量子系统是可能的。它还表明，使用量子网络安全地传输个人数据是可能的。
该文章研究由 Monika Monika、Farzam Nosrati、Agnes George、Stefania Sciara、Riza Fazili、André Luiz Marques Muniz、Arstan Bisianov、Rosario Lo Franco、William J. Munro、Mario Chemnitz、Ulf Peschel 和 Roberto Morandotti 合著。
更多信息：Monika Monika 等人，通过可控合成时间光子晶格进行量子态处理，Nature Photonics （2024）。DOI： 10.1038/s41566-024-01546-4
期刊信息： Nature Photonics
