來自坦佩雷大學光子學實驗室的研究人員證明了兩個相互干擾的光子如何能聚集成各種形狀。這些複雜的形狀有利於量子技術，如進行快速光子量子計算和安全數據傳輸。該方法還為創造增強的測量和傳感技術提供了新的可能性。

Credit: Markus Hiekkamäki / Tampere University

當今，數字革命已經成為主流，量子計算和量子通信在該領域的意識中正在上升。量子現象帶來的增強型測量技術，以及使用新方法取得科學進步的可能性，引起了世界各地研究人員的特別興趣。

來自坦佩雷大學的助理教授羅伯特·菲克勒（Robert Fickler）和博士研究員馬庫斯·希卡馬基（Markus Hiekkamäki）證明了雙光子乾涉可以用光子的空間形狀，以一種近乎完美的方式控制它們的形狀。這項研究發表在期刊《Physical Review Letters》上。

Hiekkamäki 解釋說：“我們的報告顯示瞭如何使用一種複雜的光塑造方法來使兩個光量子以一種新穎和容易調整的方式相互干擾”。單個光子（光的單位）可以有高度複雜的形狀，這對量子密碼學、超敏感測量或量子增強計算任務等量子技術有利。

為了利用這些所謂的結構化光子，關鍵是要讓它們與其他光子相互干擾。Fickler 表示：“基本上所有量子技術應用中的一個關鍵任務是提高以更複雜和可靠的方式操縱量子狀態的能力。 在光子量子技術中，這項任務涉及改變單個光子的屬性以及使多個光子相互干擾”。

從高維量子信息科學的角度來看，所展示的發展特別有趣，因為每個載體使用的量子信息不止一個比特。這些更複雜的量子態不僅允許將更多的信息編碼到一個光子上，而且已知在各種環境中更能抗干擾。這對研究組合提出的方法為構建新型的線性光網絡帶來了希望。這為光子量子增強計算的新方案鋪平了道路。

研究人員現在的目標是利用該方法開發新的量子增強傳感技術，同時探索更複雜的光子空間結構，並為使用量子態的計算系統開發新方法。Fickler 補充道：“我們希望這些結果能激發對光子塑形的基本限制的更多研究。我們的發現也可能引發新的量子技術的發展，例如改進的耐噪聲量子通信或創新的量子計算方案，這些都受益於這種高維光子量子態”。