微云全息（HOLO）量子非线性光学全息技术助力空间纠缠 qudit 的生成——开创量子通信和量...

（来源：衡水日报）

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随着量子信息科学的不断发展，量子通信和量子计算领域的技术突破层出不穷。近期，微云全息宣布成功开发并应用了量子非线性光学全息技术（Quantum Nonlinear Optical Holography, QNOH）来直接生成空间纠缠 qudit。该技术利用量子光学中的自发参数下转换（Spontaneous Parametric Down-Conversion, SPDC）过程，在二维图案化的非线性光子晶体中精确塑造出纠缠光子对的空间量子相关性，而不需要任何复杂的泵浦整形。这一创新不仅突破了传统光学的限制，更为基于空间自由度的量子密钥分发（Quantum Key Distribution, QKD）和量子计算提供了前所未有的应用前景。

量子非线性光学全息技术结合了量子光学、非线性光学和全息技术的多种优势，旨在通过非线性光学过程来直接塑造量子光学的空间特性。传统的非线性光学全息术已经广泛应用于经典光学领域，尤其是在信息存储、光束控制和光通信等方面。但这一技术在量子领域中的应用较为稀缺，因为量子态的塑造通常需要更高的精度和复杂的干预。

量子非线性光学全息技术的关键创新是，它能够通过自发参数转换过程，直接生成空间纠缠 qudit，突破了传统的量子光学技术的局限。Qudit 是一种高维度量子系统，与传统的量子比特（qubit）相比，具有更多的自由度，能够容纳更多的信息，因此在量子计算和量子通信中的应用前景更加广阔。

微云全息（NASDAQ: HOLO）量子非线性光学全息技术的核心实现依赖于自发参数下转换过程。在这一过程中，单个高能量光子进入一个非线性光学介质（例如BBO晶体），通过与晶体的相互作用，分裂成两个低能量光子，这两个光子分别被称为信号光子和闲置光子（signal-idler）。这两个光子具有量子纠缠性质，即它们的状态紧密相关，无论它们的空间位置有多远。

不同于传统的量子光学技术，这一技术采用了二维图案化非线性光子晶体。在这种晶体中，光子可以在预定的空间自由度上进行精确调控。通过控制晶体的图案化结构，可以实现对纠缠光子对空间量子相关性的定向塑造，从而产生所需的量子态。

微云全息量子非线性光学全息技术的特别之处在于，它无需复杂的泵浦光形状设计。传统的量子光学系统通常依赖于泵浦光源的特定形状和频率调节，以确保生成的量子态符合预期。然而，QNOH技术通过调控非线性光子晶体的结构和材料属性，实现了对纠缠光子对的空间特性的直接操控，使得这一过程更加高效且稳定。

传统的量子信息处理中，量子比特（qubit）作为基本单位广泛应用。然而，量子比特的计算和存储能力受限于其二元状态（0或1），而qudit（高维度量子系统）则能够在更高的维度上进行信息处理，使其在量子计算和量子通信中具备更大的潜力。

微云全息（NASDAQ: HOLO）QNOH技术的最大突破之一就是能够生成空间纠缠 qudit。通过精确调控光子晶体的设计，技术团队成功在二维空间内为光子对赋予了多个自由度，使得每对纠缠光子不再局限于传统的二进制状态，而是能在更高的维度中展开。这样的量子态可以表现为不同的量子模式和频率，这大幅提升了量子系统的容量和多样性。

微云全息量子非线性光学全息技术通过以下几个步骤来生成空间纠缠qudit：

光子源的选择与调控：通过精确设计的非线性光子晶体，选择适当的泵浦光源，激发出自发参数下转换过程中的信号光子和闲置光子。这些光子对是高度纠缠的，并且可以在空间自由度上精确调控。

二维图案化晶体设计：采用二维图案化的非线性光子晶体，控制光子在晶体中的传播路径和相互作用，使得信号和闲置光子对的空间量子相关性能够根据设计需求进行塑造。这一结构不仅增强了量子纠缠的稳定性，还能够在不同维度上进行信息编码和解码。

空间量子相关性的塑造：通过光子晶体中不同位置的相位和振幅调节，确保生成的纠缠光子对在空间上的相关性达到预期的量子态。这使得量子光子的量子信息能够以更高效和多维的方式进行传递。

量子态验证：通过实验验证，该技术生成的量子态不仅具有空间量子相关性，而且还违反了Clauser-Horne-Shimony-Holt (CHSH) 不等式，证明了其具有纠缠特性。根据量子力学的基本原理，这一不等式的违反表明了量子信息的真实性和量子纠缠的有效性。

微云全息QNOH技术的成功开发，为量子密钥分发和量子通信领域带来了重大突破。基于纠缠的量子密钥分发（QKD）是目前量子通信的核心技术之一，它通过量子纠缠态的特性确保密钥交换的安全性。通过QNOH技术生成的高维度纠缠 qudit，能够提供更高的密钥传输速率和更强的抗干扰能力，进而提升量子通信网络的安全性和效率。

此外，微云全息QNOH技术在量子计算中的应用也同样值得关注。由于量子计算能够在高维度量子态下进行处理，因此，qudit 的生成将极大地提高量子计算的并行性和效率。传统的量子计算利用量子比特进行运算，而高维度的 qudit 可以存储更多的信息，进行更多复杂的计算任务，进而加速量子算法的执行。

微云全息（NASDAQ: HOLO）量子非线性光学全息技术不仅为量子通信和量子计算带来了新的可能性，还为量子信息科学的未来发展铺平了道路。未来，随着这一技术的进一步完善，可能在量子网络、量子加密、量子模拟等多个领域实现更加广泛的应用。

在未来的研究中，如何优化二维光子晶体的设计，进一步提高空间纠缠 qudit 的生成效率和稳定性，将成为量子光学领域的重要课题。同时，量子非线性光学全息技术也有望与其他量子技术，如量子传感、量子成像等相结合，开创量子科技的更多应用场景。

量子非线性光学全息技术的成功开发，标志着量子光学领域的一次重要进步。通过精确生成空间纠缠 qudit，这一技术为量子通信、量子计算及量子信息处理等多个领域提供了全新的视角和更为强大的工具。随着量子技术不断成熟，未来的量子网络和量子计算机有望在这一创新技术的推动下，迈向更加高效、安全的新时代。