a） 双光子不可区分性的超表面单次表征示意图。图片来源：Optica （2024）。DOI： 10.1364/OPTICA.516064

越来越多的新兴量子应用使用光学技术运行。从本质上讲，光子以光速和长距离携带信息，使它们成为快速安全通信和量子计算的良好候选者。其中许多应用需要相同（无法区分）的光子。当光子不相同时，可能会导致数据错误，量子技术变得不那么可靠。

目前，量子光子源定期离线，使用干涉仪进行测试和调整。这需要使用不同的配置多次比较光子，这个过程非常耗时，并且需要相对笨重的设备来适应各种物理布置。

在设备运行时，可以在设备内进行光子不可区分性的实时分析，可以提高量子技术的精度。

TMOS（ARC变革性超光学系统卓越中心）的研究人员设计并展示了一种新设备，该设备使用超薄超表面一次性完成所有必要的测量。这项工作在Optica上报道。

共同主要作者Jihua Zhang说：“这种支持超表面的多端口干涉仪可以确定光子对的特性是否在单次拍摄中相同。它不需要使用相位或时间延迟进行多次测量，因为多端口结构允许器件同时运行测量。这样可以实现实时和准确的表征。

一个重要的优点是，这种多端口干涉仪是单晶的，与以前的多端口干涉仪相比，它不仅减小了尺寸，而且使其在自由空间光学装置中具有超稳定性。

超光学的使用进一步降低了设备的尺寸、重量和功率，以及生产成本。众所周知，平面光学是光学系统小型化的关键，这反过来又将导致我们日常使用的设备小型化。它

共同主要作者Jinyong 马说：“我们创造了一种静态的介电超表面光栅，没有任何可重构的元件。光栅采用多因素拓扑优化设计，本质上是调整表面图案，使其以特定方式与光相互作用。经过成功的模拟、制造和一次性校准，我们能够成功地表征光子的空间模式、偏振和光谱的相似性。

澳大利亚国立大学首席研究员安德烈·苏霍鲁科夫（Andrey Sukhorukov）说：“我们实验试验的成功表明，这项工作可以进一步发展，以测量其他光子特性的不可区分性，例如轨道角动量。它可以支持超紧凑和节能的光学元件，特别适用于便携式和基于卫星的自由空间量子光子技术。

更多信息：Jihua Zhang 等人，光子与介电超表面的不可区分性的单次表征，Optica （2024）。DOI： 10.1364/OPTICA.516064

期刊信息： Optica