據最新一期《科學》雜誌報道，美國哈佛大學研究人員開發出一種新型光學器件，即“超表麵”，可在單一的平麵上完成複雜量子操作。超表麵可同時承擔多種傳(chuan) 統光學元件功能，解決(jue) 了光子量子信息處理領域長期存在的體(ti) 積龐大、組件繁多等擴展性難題，有望推動常溫下量子計算和量子網絡的實現。

光子是光的基本粒子，具有高速、抗幹擾的特性，正逐漸成為(wei) 常溫下高速傳(chuan) 輸信息的有力候選者。通常，要將光子引導至所需的量子態，需要在大型芯片上布設複雜的波導結構，或使用由透鏡、反射鏡、分束器等構成的龐大裝置。這些組件使光子之間能夠實現糾纏，而糾纏正是量子信息並行傳(chuan) 輸與(yu) 處理的關(guan) 鍵機製。

然而，構建並維護這樣的複雜係統頗具挑戰，因為(wei) 它們(men) 依賴大量精密易損的部件，難以擴展。如果大部分裝置可以被一個(ge) 超薄的單一表麵取代，使所需構件大大減少，而它操控光的方式卻絲(si) 毫不遜於(yu) 傳(chuan) 統係統，會(hui) 怎麽(me) 樣？

此次，哈佛團隊開發的超表麵提供了一種集成化解決(jue) 方案，有望徹底革新量子計算與(yu) 量子通信。

所謂“超表麵”，是指厚度達到納米級的光學元件，其表麵布滿比光波波長還小的微納結構，能共同精準調控光的相位、偏振等屬性，相當於(yu) 將傳(chuan) 統複雜的量子光學係統“濃縮”為(wei) 一個(ge) 微型平台，大幅提升了係統的穩定性和抗幹擾能力。

為(wei) 實現這一設計，研究團隊還創新性地引入圖論這一數學工具，對多光子幹涉路徑進行建模，再將這些抽象圖轉化為(wei) 超表麵上實際的納米結構布局。研究人員指出，這種方法將超表麵設計與(yu) 量子光學態緊密對應，仿佛是一枚硬幣的兩(liang) 麵，從(cong) 而為(wei) 構建特定量子態的器件提供了係統化路徑，拓展了量子研究與(yu) 應用的可能性。

此外，該器件在實際應用中也表現出顯著優(you) 勢。其一體(ti) 化設計大幅減少了光學損耗，這對保持量子信息的完整性至關(guan) 重要。更重要的是，該裝置可通過現有半導體(ti) 製造工藝批量生產(chan) ，預示著未來有望實現低成本、可複製的量產(chan) 模式。

研究人員指出，這項技術的潛力遠不止量子計算。基於(yu) 超表麵的量子光學係統不僅(jin) 有望推動常溫量子計算機和通信網絡的發展，也可能在量子傳(chuan) 感、基礎科研等領域帶來“芯片實驗室”式的新工具。