新方法促光子進行多維度量子糾纏

　　美國加州大學洛杉磯分校的電氣工程師發現了使光子發生多維度糾纏的新方法，這一方法可以使光子的數據傳送量實現數倍提升。相關研究發表在最新一期《自然·光子學》期刊上。

　　愛因斯坦曾把量子糾纏描述為“幽靈般的超距作用”，因為這一現象看起來十分不可思議：在糾纏態中，即使兩者距離很遠，一個粒子發生了什么，另一個粒子也會瞬間發生同樣的事，而且這一過程是超光速的。量子糾纏允許用戶通過某種網絡系統傳送數據，而且立即知道數據是否安全送達，因此在安全通信領域大有用武之地。

　　在之前的研究中，科學家發現光子通常會在量子屬性的一個維度進行糾纏，也就是它們偏振的方向。多年前美國麻省理工大學杰弗里·夏皮羅教授曾提出量子可以在多個維度進行糾纏的假設。在新研究中，研究人員發現可以利用光子的能量和旋轉等量子屬性使量子在多個維度進行糾纏，并證實了光子之間的量子糾纏確實是高維的、多自由度的。

　　研究人員將超糾纏的光子發送到雙光子頻率梳中，使這些發生糾纏的光子分成多個更小的部分。在糾纏過程中，光子可以被加密或編碼并通過光纜系統進行數據傳送。每增加一個糾纏的維度，一對光子傳送的數據量就會翻倍，因此如果一對光子在五個維度上糾纏，傳送的數據量就是只在一個維度進行糾纏時的32倍。

　　這種新方法主要從波分復用方法延伸而來，波分復用通常用來在一條光纜上同時傳輸多個視頻數據。“我們發現，在單個光子水平上也可以使用光子頻率梳。”研究負責人謝振達（音譯）表示，這一研究實際上是在量子水平上運用了波分復用的概念。

　　該研究結果可以保證以最小誤差傳輸更大容量的數據，在量子云通信和分布式量子計算等方面都有很好的應用前景，醫療機構、政府數據通訊、金融市場、軍隊通信等多個領域均可從中受益。