這項基于新物理學的新技術提供了對量子信息強大、可擴展的控制，為更可靠的量子計算鋪平了道路。

南加州大學開發一種光學濾波器，利用反宇稱時間對稱保留量子糾纏

南加州大學維特比分校謝明電氣與計算機工程系和高級計算學院的研究人員取得了一項重大突破，該突破可能會加速量子技術的進步，他們開發出了第一個能夠隔離和保存量子糾纏的光學濾波器，量子糾纏是量子計算、通信和傳感的關鍵現象。這項發表在《科學》雜志上的研究為緊湊、高性能糾纏系統鋪平了道路，該系統可以集成到量子光子電路中，從而提高量子計算架構和通信網絡的可靠性。

量子糾纏的解釋

量子糾纏是兩個或多個粒子連接在一起的過程，其中一個粒子的行為會立即影響另一個粒子的行為——即使它們相距甚遠。正是這種看不見的線索讓量子計算機能夠進行大規模并行計算，量子網絡能夠安全地傳輸信息，傳感器能夠達到遠超傳統系統的靈敏度水平。糾纏是量子物理學的核心——一種將粒子結合在一起的神秘束縛，創造出一種違背傳統直覺的不可思議的聯系。糾纏曾被認為是一種“幽靈般的遠距離行為”，但現在被認為是一種重要資源——為量子技術提供動力。

但糾纏十分脆弱。即使是極小的噪音或錯誤也會破壞這些脆弱的量子聯系，使得在現實世界系統中控制糾纏變得十分困難。

為了克服這個問題，南加州大學領導的團隊發明了一種新型光學濾波器——一種激光書寫玻璃光通道的排列，稱為波導，它就像雕刻家一樣，鑿去所有不必要的東西，露出下面純凈的糾纏態。無論入射光的質量如何或混雜程度如何，該設備都會去除不需要的成分，只留下必要的量子關聯。

這個過濾器不僅能保留糾纏，還能從嘈雜的混合量子態中提煉出糾纏，它保留了量子核心的完整性，同時舍棄了其他一切。”

反宇稱時間對稱性及其作用

這項研究的核心突破來自理論物理學中一個令人驚訝的想法，即反宇稱時間 (APT) 對稱性，這一概念最近才開始引起光學界的關注。大多數傳統光學系統的設計都是為了避免損耗和保持對稱性，這意味著光以可預測的、平衡的方式流動。但 APT 對稱系統采用了一種非常不同的方法：它們接受損耗，但不是隨機的，而是以精確和精心控制的方式。通過將這種工程耗散與干涉能力相結合，這些系統提供了一種獨特且違反直覺的方式來控制光的行為。這種非常規控制為以以前被認為不可能的方式操縱光開辟了令人興奮的可能性。

通過將這種對稱性嵌入到專門設計的光波導網絡中，研究團隊創建了一種可以自然過濾噪音并引導系統走向穩定糾纏態的結構，就像球滾進山谷的最低點一樣。

資深作者、南加州大學電氣工程與物理學教授 Mercedeh Khajavikhan 稱這項研究表明，非厄米物理學和開放量子系統（曾被認為是數學上的奇觀）可以在量子領域提供強大的工具。他們的濾波器可擴展、芯片兼容，并且不需要特殊材料或有源元件。

使用南加州大學實驗室生成的單光子和糾纏光子對對濾波器進行了實驗測試。通過 APT 對稱糾纏濾波器后，使用量子斷層掃描技術重建輸出狀態，證實濾波器能夠以高于 99% 的保真度恢復所需的糾纏狀態。