新的光子纠缠突破可使量子计算机实现小型化

长期以来，量子计算一直在努力高效地产生纠缠光子，但一个研究小组发现了一种改变游戏规则的方法，即利用元表面--控制光的扁平工程结构。通过利用这些元表面，他们可以比以往更轻松、更紧凑地生成和操纵纠缠光子。 这一突破可能为更小、更强大的量子计算机打开大门，甚至为向多个用户提供纠缠光子的量子网络铺平道路。

科学家们找到了一种利用元表面产生纠缠光子的方法，从而简化了量子计算和通信。 (用微小的元表面产生多光子纠缠）。

量子信息处理依靠多个光子的纠缠来处理大量数据。 然而，如何高效地创建这些纠缠光子仍然是一项重大挑战。 传统方法要么使用量子非线性光学过程，但难以扩展到大量光子；要么使用线性分束和量子干涉，但需要复杂精细的装置，容易造成损耗和串扰。

来自北京大学、南方科技大学和中国科学技术大学的研究团队最近在这一领域取得了突破性进展。 据Advanced Photonics Nexus杂志报道，他们开发出了一种使用元表面的新技术--超薄工程结构，可以精确控制光的相位、频率和偏振。 这种方法能在单个元表面上产生多光子纠缠，使过程更简单、更高效。

他们的方法是将多个单光子从不同角度引向一个专门设计的梯度元表面。 元表面操纵这些光子，使它们以量子方式发生干涉，产生纠缠光子态。 这种技术不仅能产生各种纠缠态，还能将多个纠缠光子对融合成更大、更复杂的光子群。 因此，可以在更小的空间内编码更多的量子信息，从而有可能推动量子计算和通信技术的发展。

该报告的通讯作者顾颖教授认为，这种新方法为量子信息处理提供了一个全新的视角："这就像在迷宫中找到一条捷径。 与其在复杂的光学装置中曲折前行，我们可以用一个元表面来完成这项工作。 创建和操纵纠缠光子的过程变得更加简单和紧凑。 它非常适合构建可安装在芯片上的微小量子设备，是未来量子计算和通信应用的绝佳解决方案。

有了这种产生多光子纠缠的新方法，许多量子应用可能变得更容易实现。 例如，元表面可用于生成纠缠光子并将其传递给多个用户，从而促进量子网络的建立。 此外，元表面还可以作为处理更多光子的构件，从而有可能开发出像笔记本电脑一样小的量子计算机。 这种可能性令人兴奋，而这项研究让我们离实现这些可能性更近了一步。

编译自/scitechdaily