美国能源部橡树岭国家实验室 （ORNL） 的量子研究人员最近领导的一项研究被证明在有兴趣构建更可靠量子网络的科学界中很受欢迎。
在单个光子中合成的高保真贝尔态，其中偏振用作控制量子比特，频率用作目标量子比特。
这项研究由 ORNL 的 Hsuan-Hao Lu 领导，详细介绍了一种新型量子门的开发，该门在两个光子自由度（偏振和频率）之间运行。（光子自由度描述了光子的不同属性，这些属性可以被控制并用于存储或传输信息。当与超纠缠相结合时，这种新方法可以增强量子通信中的容错能力，有助于为未来的量子网络铺平道路。
他们的工作发表在《光学量子》杂志上，并被列入该杂志 2024 年 7 月至 9 月的热门下载量列表。
“光子是最小的电磁能包，是跨量子网络的可行信息载体，”Lu 说。“每个光子都有多个自由度——例如路径、偏振和频率——可以携带量子信息。光子之间的量子连接（称为纠缠）支持量子隐形传态等协议。但是，这种连接对环境条件高度敏感，这可能会在传输过程中引入错误。
通过超纠缠，即两个光子之间多个自由度的纠缠，Lu 和他的团队确定可以更可靠地共享通信。
“想象一下，你有一个水平偏振的光子，例如，它对应于通信位值 0。当它穿过光纤时，它的极化可能会随机变化，从而在通信中引入错误，“Lu 说。“我们在这里开发的技术，当与超纠缠相结合时，有可能在网络任务中抑制这些错误。”
该项目的研究人员确定，这种超纠缠可以通过一种新的量子门来纵并用于应用，即提高通过量子网络进行通信的能力。
Lu 的研究补充了他的 ORNL 同事 Alex Miloshevsky 的研究，他的论文题为“宽带偏振纠缠光子的 CMOS 光子集成源”。Miloshevsky 的论文也发表在 Optica Quantum 上，并进入下载量排行榜。
“我真的很感激能进入下载量排行榜，”Lu 说。“但要变得更好，还有更多的工作要做。”
这项研究的下一步是在 ORNL 的量子网络上部署这项新技术。
这项工作的资金是通过 DOE 的高级科学计算研究计划和量子加速互联网测试平台 （QuAInT） 实现的。