光子的复杂形状将推动未来量子技术的发展

随着数字革命已成为主流，量子计算和量子通信越来越受到人们的关注。量子现象带来的增强测量技术以及利用新方法实现科学进步的可能性尤其受到世界各地研究人员的关注。

最近，坦佩雷大学的两名研究人员——助理教授 Robert Fickler 和博士研究员 Markus Hiekkamäki 证明了两种利用光子的空间形状可以近乎完美地控制干涉。他们的研究成果最近发表在著名期刊物理评论快报。

“我们的报告展示了如何使用复杂的光整形方法使两个光量子以一种新颖且易于调节的方式相互干扰，”Markus Hiekkamäki 解释道。

单个光子（光的单位）可以具有高度已知这些结构光子对量子密码学、超灵敏测量或量子增强计算任务等量子技术大有裨益。要利用这些所谓的结构化光子，让它们与其他光子发生干涉至关重要。

“基本上所有量子技术应用中的一项关键任务都是提高以更复杂、更可靠的方式操纵量子态的能力。在光子量子技术中，这项任务涉及改变单个光子的属性以及使多个光子相互干扰；”领导该大学实验量子光学小组的罗伯特·菲克勒 (Robert Fickler) 说道。

线性光学为量子通信带来有希望的解决方案

从高维量子信息科学的角度来看，所展示的进展尤其有趣，因为每个载体使用的量子信息不止一个比特。这些更复杂的量子态不仅允许将更多信息编码到单个光子上，而且众所周知，它们在各种环境下的抗噪声能力更强。

研究团队提出的方法有望构建新型线性光网络。这为光子量子增强计算的新方案铺平了道路。

Markus Hiekkamäki 继续说道：“我们将两个光子聚集成多个复杂空间形状的实验证明，这是将结构化光子应用于各种量子计量和信息任务的关键下一步。”

研究人员目前的目标是利用该方法开发新的量子增强传感技术，同时探索光子的更复杂的空间结构并开发利用量子态的计算系统的新方法。

“我们希望这些结果能够激发对光子整形基本极限的更多研究。我们的发现也可能引发新量子技术的发展，例如改进的抗噪或创新的量子计算方案，受益于这种高维光子量子态，”罗伯特·菲克勒补充道。

由坦佩雷大学提供