首款高精度量子纠缠光学滤波器问世 迈向实用化量子技术

美国南加州大学的研究团队在《科学》杂志上发表了一项研究，介绍了一种能够隔离噪声并保留量子纠缠的新型光学滤波器。这项技术为开发紧凑且高性能的纠缠系统奠定了基础，这些系统可以集成到量子光子电路中，支持更可靠的量子计算架构和通信网络。

量子纠缠是一种现象，其中两个或多个粒子相互关联，一个粒子的状态会立即影响其他粒子的状态，无论它们相距多远。这种特性对于实现大规模并行计算、安全信息传输以及超越传统系统的传感器灵敏度至关重要。然而，量子纠缠非常脆弱，容易受到噪声或错误的影响，这限制了其实际应用。

研究团队创造的这种新型光学滤波器基于激光写入的玻璃光通道排列而成，能够像雕塑家去除多余材料一样，滤去所有不必要的成分，仅保留纯净的纠缠状态。不论入射光如何被降解或混合，该设备都能有效去除不需要的部分，只留下关键的量子相关性。

这一突破的核心在于一种名为反奇偶校验时间(APT)对称性的理论物理学概念的应用。与传统的光学系统不同，APT对称系统以精确且可控的方式接受损失，通过将这种设计巧妙地结合到耗散与干涉能力之中，提供了一种独特的方法来控制光的行为，开辟了操纵光的新途径。

团队将APT对称性嵌入到专门设计的光波导网络中，创建了一个结构，它自然地过滤掉噪声，并引导系统进入稳定的纠缠状态。实验利用单光子和纠缠光子对进行测试，结果显示，经过APT对称纠缠滤波器处理后，使用量子层析成像技术重建的输出状态证实了滤波器能以超过99%的保真度恢复所需的纠缠态。

这一成果标志着向实用化量子技术迈出了重要一步。量子纠缠的脆弱性长期制约其实际应用，而这款滤波器实现了主动隔离，为量子计算机、量子通信等提供了“净化功能”。