量子科技中心_量科网

通过断层扫描完备的测量手段重构光子量子态的密度矩阵（即量子态层析成像）是几乎所有量子科技应用场景中的核心任务，从量子传感到量子通信无不如此。近年来光学超表面的突破使得设计用于此类态层析任务的超薄纳米结构光学元件成为可能，有望实现更高的简易性、微型化和可扩展性。然而目前已报道的此类超表面仅适用于希尔伯特空间维度受限的体系，例如偏振量子比特或仅包含少数态的空间量子比特。当拓展至高维量子比特层析问题时（尤其是涉及空间量子比特的情况），一个自然的问题随之产生：具有随机纳米结构的超表面是否能满足此类量子比特层析需求并达到最优条件？该研究团队通过开展随机超表面数值实验（包括对11,000余种尺寸超过200个波长的不同超表面进行大规模模拟），尝试解答这一问题。研究表明，在探测器数量具备足够冗余度的情况下，随机超表面在厄米-高斯态编码的空间量子比特层析中（态数量不超过10个时）表现出良好性能。此外，研究人员还探讨了多光子情形下优化超表面的其他考量因素。该工作为开发具有计算高效性、微型化和容错特性的量子测量平台开辟了新路径。