量子科技的未來取決於對迷人的量子力學概念（如高維量子態）的運用。這些狀態是量子資訊科學和量子技術的基本成分。為了操縱這些狀態，科學家們轉向了光，特別是一種名為軌道角動量（OAM）的特性，它涉及光在空間中如何扭曲和轉動。這裡有一個問題：以確定性的方式製造具有OAM 的超亮單光子一直是個難以攻克的難題。產生近乎確定性的基於軌道角動量的糾纏態為量子進步提供了光子技術之間的橋樑。

透過量子點源設計基於粒子內和粒子間軌道角動量糾纏態的靈活平台方案。來源：Nicolò Spagnolo

量子點：橋樑技術

量子點（QDs）是一種具有巨大潛力的微小粒子。來自羅馬薩皮恩扎大學、巴黎薩克雷大學和那不勒斯費德里科二世大學的研究團隊將OAM 的特性與量子點的特性結合，在兩種尖端技術之間架起了一座橋樑。他們的研究成果發表在同行評審金牌娛樂《先進光子學》（Advanced Photonics）雜誌上。

擬議協議的概念方案。以近乎確定性的方式操縱由QD 光源產生的單光子的偏振和OAM，透過q 板使兩個自由度相互作用，產生粒子內糾纏態。在粒子間機制中，兩個光子在由偏振和OAM 組成的混合空間中以特定狀態為特徵，透過分束器發生干涉。透過重合次數的後選擇，實現了一個機率糾纏門。資料來源：Alessia Suprano

創新在哪裡？他們建造的這座橋可以靈活地用於兩個目標。首先，它可以製造在OAM 偏振空間內糾纏的純單光子，研究人員可以直接對其進行計數。其次，這座橋還能製造量子世界中強相關的光子對。它們是糾纏在一起的，因此每個單光子的狀態都不能獨立於另一個光子的狀態來描述，即使它們相距甚遠。這對量子通訊和加密來說意義重大。

這個新平台有可能在粒子內部和粒子之間創建混合糾纏態，所有這些都屬於高維希爾伯特空間。一方面，研究小組實現了純單光子的產生，其量子態在混合OAM 極化域內表現出不可分離性。透過利用幾乎確定性的量子源與q 板（一種能夠根據單光子偏振調整OAM 值的設備）的結合，研究人員可以透過單光子計數直接驗證這些狀態，從而避免了預示過程的需要並提高了生成率。

另一方面，研究團隊也利用單光子內部的不可分性概念作為資源，產生在混合OAM 偏振空間內具有糾纏性的單光子對。

羅馬薩皮恩扎大學物理系量子資訊實驗室主任Fabio Sciarrino 教授對此評論說：”提出的靈活方案代表著高維多光子實驗向前邁進了一步，它可以為基礎研究和量子光子應用提供一個重要平台。”

對量子技術的影響

從本質上講，這項研究標誌著在追求先進量子技術的道路上邁出了重要一步。這就好比連接了兩座大城市。這種連接為量子計算、通訊以及更多領域帶來了令人興奮的可能性。因此這不僅是科學，更是未來。