Kvantinformationsbehandling er et felt, der er afhængig af sammenfiltring af flere fotoner til at behandle store mængder information. At skabe multiphoton -sammenfiltring er imidlertid en udfordrende opgave. Traditionelle metoder bruger enten kvante ikke-lineære optiske processer, som er ineffektive for et stort antal fotoner eller lineær stråle-splittende og kvanteinterferens, som kræver komplekse opsætninger, der er tilbøjelige til problemer som tab og krydstale.
Et team af forskere fra Peking University, Southern University of Science and Technology og University of Science and Technology of China har gjort et betydeligt gennembrud på dette område.
Som rapporteret i Avanceret fotonik nexusde udviklede en ny tilgang ved hjælp af metasurfaces, som er plane strukturer, der er i stand til at kontrollere forskellige aspekter af lys, såsom fase, frekvens og polarisering. Denne innovative tilgang muliggør generering af multiphoton -sammenfiltring på en enkelt metasurface, hvilket forenkler processen, mens den gør den mere effektiv.
Forskernes metode involverer at sende flere enkeltfotoner til en specielt designet gradient metasurface fra forskellige retninger. Metasurface får disse fotoner til at forstyrre hinanden på en kvante måde, hvilket resulterer i sammenfiltrede fotoner.
Denne teknik giver ikke kun mulighed for oprettelse af forskellige typer sammenfiltrede tilstande, men muliggør også fusion af flere par sammenfiltrede fotoner til større grupper. Denne fremgang betyder, at flere kvanteinformation kan pakkes i et mindre rum.
Professor Ying Gu, tilsvarende forfatter i rapporten, bemærker denne nye tilgang som et nyt perspektiv til behandling af kvanteinformation: “Det er som at finde en genvej i en labyrint. I stedet for at prøve at navigere i vendinger og vendinger af komplekse optiske opsætninger, kan vi bruge en enkelt metasurface til at gøre jobbet.
“Processen med at skabe og manipulere sammenfiltrede fotoner bliver meget enklere og mere kompakt. Det er perfekt til at bygge små kvanteenheder, der kan passe på en chip, hvilket gør det til en fantastisk løsning til fremtidige kvanteberegnings- og kommunikationsapplikationer.”
Med denne nye metode til at skabe multiphoton -sammenfiltring kan mange kvanteapplikationer blive mere tilgængelige. For eksempel kunne metasurfaces bruges til at generere og levere sammenfiltrede fotoner til flere brugere, hvilket letter oprettelsen af et kvantenetværk.
Derudover kunne metasurfaces tjene som byggesten til håndtering af flere fotoner, hvilket potentielt kan føre til udvikling af kvantecomputere så små som bærbare computere. Sådanne muligheder er spændende, og denne forskning bevæger os et skridt tættere på at realisere dem.