首款高精度量子纠缠光学滤波器问世

科技日报北京4月7日电 （记者张梦然）美国南加州大学团队在最新一期《科学》杂志上发表研究，介绍了他们开发的首个能隔离噪声并保留量子纠缠的光学滤波器。这一进展为开发紧凑且高性能的纠缠系统打下基础，这些系统可集成到量子光子电路中，从而支持更加可靠的量子计算架构和通信网络。

量子纠缠是一种现象，其中两个或多个粒子相互关联，以至于一个粒子的状态会立即影响其他粒子的状态，无论它们之间相距多远。这种特性对于实现大规模并行计算、安全信息传输以及超越传统系统的传感器灵敏度至关重要。然而，量子纠缠非常脆弱，容易受到噪声或错误的影响，这限制了它们的实际应用。

此次，研究团队创造了一种新型光学滤波器。这种滤波器基于激光写入的玻璃光通道（波导）排列而成，能像雕塑家去除多余材料一样，滤去所有不必要的成分，仅保留纯净的纠缠状态。不论入射光如何被降解或混合，该设备都能有效去除不需要的部分，只留下关键的量子相关性。

这项突破的核心在于一种名为反奇偶校验时间（APT）对称性的理论物理学概念的应用。与传统的光学系统不同，后者旨在避免损失并保持对称性，APT对称系统则以精确且可控的方式接受损失。通过将这种设计巧妙地结合到耗散与干涉能力之中，系统提供了一种独特的方法来控制光的行为，开辟了操纵光的新途径。

团队将APT对称性嵌入到专门设计的光波导网络中，创建了一个结构，它自然地过滤掉噪声，并引导系统进入稳定的纠缠状态。实验利用南加州大学实验室生成的单光子和纠缠光子对进行测试，结果显示，经过APT对称纠缠滤波器处理后，使用量子层析成像技术重建的输出状态证实了滤波器能以超过99%的保真度恢复所需的纠缠态。

这一成果标志着向实用化量子技术迈出了重要一步。

【总编辑圈点】

量子纠缠被称为幽灵般的“超距作用”，但这种作用又很“脆弱”，容易受到噪声和错误的影响。此次，科研人员基于反奇偶校验时间（APT）这一理论物理学概念，开发出一款能隔离和保留量子纠缠的光学滤波器。他们的设计主动利用可控的损耗来控制光的行为，精准过滤影响量子纠缠的“噪声”。量子纠缠的脆弱性长期制约其实际应用，滤波器实现了主动隔离，为量子计算机、量子通信等提供了“净化功能”，让量子技术朝实用化迈出坚实一步。