越來越多的新興量子應(yīng)用使用光學(xué)技術(shù)運行。從本質(zhì)上講，光子能以光速遠距離傳輸信息，是快速安全通信和量子計算的理想選擇。其中許多應(yīng)用要求光子完全相同（不可區(qū)分）。如果光子不完全相同，就會導(dǎo)致數(shù)據(jù)出錯，量子技術(shù)的可靠性就會降低。

目前，量子光子源會定期離線，使用干涉儀進行測試和調(diào)整。這需要使用不同的配置對光子進行多次比較，這一過程非常耗時，而且需要能適應(yīng)各種物理排列的相對笨重的設(shè)備。

在設(shè)備運行時對光子不可分性進行實時分析，可以提高量子技術(shù)的精度。

來自澳大利亞國立大學(xué)的開創(chuàng)性光學(xué)技術(shù)研究中心（TMOS）ARC卓越中心（ARC Centre of Excellence for Transformative Meta-Optical Systems）的研究人員設(shè)計并演示了一種新設(shè)備，該設(shè)備使用超薄的超光學(xué)表面一次性完成所有必要的測量。這項研究成果發(fā)表在《光學(xué)》（Optica）雜志上。

共同第一作者Jihua Zhang說：“這種超表面支持的多端口干涉儀可以一次性確定光子對的屬性是否相同。它不需要使用相位或時間延遲進行多次測量，因為多端口結(jié)構(gòu)允許設(shè)備同時運行測量。這就實現(xiàn)了實時和準(zhǔn)確的表征。”

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(a)雙光子不可區(qū)分性的超表面單次表征示意圖  (b)硅超表面通過拓撲優(yōu)化設(shè)計

該多端口干涉儀的一個重要優(yōu)勢是它是單元素的，這不僅減小了尺寸，而且與以前自由空間光學(xué)設(shè)置中的多端口干涉儀相比，使其具有超穩(wěn)定性。

超光學(xué)的使用進一步減小了設(shè)備的尺寸、重量和功率，同時也降低了生產(chǎn)成本。平面光學(xué)元件（Flat optics）是光學(xué)系統(tǒng)微型化的關(guān)鍵，而光學(xué)系統(tǒng)的微型化又將帶動我們?nèi)粘Ｊ褂玫脑O(shè)備的微型化。

該研究的共同第一作者Jinyong Ma說：“我們創(chuàng)造了一種沒有任何可重新配置元件的靜態(tài)介電元面光柵。光柵的設(shè)計采用了多因子拓撲優(yōu)化技術(shù)，即調(diào)整表面圖案，使其能夠以特定方式與光線相互作用。經(jīng)過成功的模擬、制造和一次性校準(zhǔn)，我們成功地確定了光子的空間模式、偏振和光譜的相似性。”

澳大利亞國立大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)這項研究的首席研究員Andrey Sukhorukov說：“我們實驗試驗的成功表明，這項工作可以進一步發(fā)展，也可以測量其他光子特性的不可分性，如軌道角動量。它可以支撐超小型、高能效的光學(xué)元件，特別適用于便攜式和基于衛(wèi)星的自由空間量子光子技術(shù)。”

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論文鏈接：https://dx.doi.org/10.1364/OPTICA.516064