让光存在:对于推进量子技术来说，许多光子比一个光子要好
发布时间：2023-12-28 02:00:08 阅读数： 23
利用光子量子电路实现并验证超越线性光学极限的光子相关性。资料来源：京都大学/竹内重树
电子和光子等量子物体的行为方式与其他物体不同，因此能够实现量子技术。这就是揭开量子纠缠之谜的关键所在，在量子纠缠中，多个光子以多种模式或频率存在。
在追求光子量子技术的过程中，先前的研究已经证实了福克态的实用性。这些多光子、多模式态是通过所谓的线性光学技术巧妙地组合多个单光子输入而实现的。然而，一些重要和有价值的量子态需要的不仅仅是这种逐光子的方法。
现在，来自京都大学和广岛大学的一个研究小组从理论和实验上证实了非福克态（或称 iNFS）的独特优势，即复合量子态需要的不仅仅是一个光子源和线性光学元件。这项研究发表在《科学进展》（Science Advances）杂志上。
"我们利用多光子光量子电路成功证实了 iNFS 的存在，"该研究的通讯作者、工程研究生院的 Shigeki Takeuchi 说。
"我们的研究将为光量子计算机和光量子传感等应用带来突破，"共同作者 Geobae Park 补充说。
光子是一种很有前途的载体，因为它可以远距离传输，同时在恒定室温下保持其量子态。利用多种模式的许多光子将实现远距离光量子加密、光量子传感和光量子计算。
"合著者冈本亮解释说："我们利用傅立叶变换光子量子电路，煞费苦心地生成了一种复杂的iNFS，将两个光子以三种不同的路径表现出来，这是实现条件相干性最具挑战性的现象。
此外，这项研究还将另一种现象与广泛应用的量子纠缠进行了比较。量子纠缠是两个独立系统之间叠加的两个或多个相关态的量子状态。
"广岛大学的霍尔格-F-霍夫曼（Holger F Hofmann）指出："令人惊讶的是，这项研究表明，iNFS 的特性在穿过由许多线性光学元件组成的网络时不会发生变化，这标志着光量子技术的飞跃。
Takeuchi 的团队认为 iNFS 表现出条件相干性，这是一种有点神秘的现象，即使检测到一个光子，也意味着在多个路径的叠加中存在其余光子。
"Takeuchi 宣布："我们下一阶段的目标是实现更大规模的多光子、多模状态和光量子电路芯片。
