在2021年3月發行的《先進量子技術》期刊上，路易斯安那州立大學（LSU）的研究團隊，剛剛介紹了一種面向“單光子空間模式校正”的智能量子技術。研究合著者中還包括了杜蘭大學的Sanjaya Lohani、Erin M. Knutson、Ryan T. Glasser，以及青島科技大學的Pengcheng Zhao，他們攜手展示了人工智能在單光子空間模式修正上的巨大潛力。

研究配圖- 1：用來演示湍流修正的裝置示意圖

此外這項研究還積聚了LSU 博士研究生Narayan Bhusal、博士後研究員Chenglong You、研究生Mingyuan Hong、本科生Joshua Fabre、助理教授Omar S.Magaña-Loaiza 等人的共同努力。

Narayan Bhusal 表示：隨機相位失真是多種量子技術（如量子通信、量子密碼、量子感測等）所使用的光空間模必鬚麵對的一項重大挑戰。

研究配圖- 2：不同湍流下高光子與單光子能級LG 模的空間分佈

不過在這項新研究中，他們藉助了人工智能技術來校正光子級的失真和空間光模式。與傳統技術相比，新方案更加高效且省時。

基於此，新技術提升了對依賴結構化光子的光通信協議的信道容量，為未來的自由空間量子技術的發展奠定了振奮人心的基礎。

研究配圖- 3：均方誤差（MSE）與GDO 迭代數的對應關係

Magaña-Loaiza 補充道：LSU 量子光子學研究團隊的一個重要目標，就是開發出能夠在現實條件下運作的強大量子技術。

這項智能量子技術，證明了在受大氣湍流影響的現實通信協議中，可在單個光子中編碼多比特信息的可能性，對未來的光通信和量子密碼學發展都有著巨大的影響。

研究配圖- 4：在OAM 基礎上發送/ 檢測模式的條件概率/ 互相關矩陣

目前他們正探索在該州的光網絡計劃（NONI）中部署新型機器學習解決方案的方法，以使之變得更加智能、安全和量子化。

此外美國陸軍研究辦公室正在支持一項名為“借助多部軌道角動量的量子感測、成像和計量”項目的研究。

研究配圖- 5：基於OAM 編碼的量子比特的實虛密度矩陣

有關這項研究的詳情，已發表在2021年3月出版《先進量子技術》（Advanced Quantum Technologies）期刊上。

原標題為《Spatial Mode Correction of Single Photons Using Machine Learning》。