（a） 两个选定量子态的实验检索（上行）和理论预测（下行）密度矩阵。（b） 理论上（左图）和实验上（右图）检测概率矩阵。图片来源：中国科学院

科学家们在创造一种使用称为量子点的光粒子传输量子信息的新方法方面取得了重大突破。这些量子互联网承诺未来一个既安全又强大的量子互联网。该研究发表在《eLight》杂志上。

传统上，量子信息编码在量子比特上，量子比特可以同时以 0、1 或两者的状态存在（叠加）。这种质量使它们成为复杂计算的理想选择，但限制了它们在通信中可以携带的数据量。相反，qudits 可以在更高维度上编码信息，一次性传输更多数据。

这项新技术利用光的两个特性——空间模式和偏振——来创建四维量子。这些 qudits 建立在一个特殊的芯片上，可以进行精确操作。与传统方法相比，这种操作意味着更快的数据传输速率和更强的抗错误能力。

这种方法的主要优点之一是量子点能够在长距离内保持其量子特性。这使得它们非常适合基于卫星的量子通信等应用，在这些应用中，数据需要在不失去完整性的情况下进行远距离传输。

该过程从使用两个光子产生特殊的纠缠态开始。纠缠是一种现象，其中两个粒子联系在一起，无论物理分离如何，都具有相同的命运。

在这种情况下，在芯片上操纵一个光子（信号光子），以使用其空间模式和偏振创建 4D 量子。另一个光子（闲置光子）保持不变，并充当信号光子的遥控器。通过操纵惰轮光子，科学家可以控制信号光子的状态并将信息编码到其上。

这种新方法有可能彻底改变量子通信领域。它为高速量子互联网铺平了道路，该互联网可以远距离安全地传输大量数据。

此外，它还可以导致牢不可破的加密协议的发展，并有助于创建强大的量子计算机，能够解决经典计算机无法解决的问题。

研究人员目前正专注于提高Qudits的准确性，并扩大技术规模以处理更高的尺寸。

更多信息：赵昊琪等人，高维飞行结构光子的集成制备和操纵，eLight （2024）。DOI： 10.1186/s43593-024-00066-6

期刊信息： eLight