誤打誤撞新解法？研究團隊利用「雜光」成功淨化光子

美國愛荷華大學（University of Iowa）研究團隊近日提出一項突破性方法，成功利用原本被視為雜訊的雷射散射光，反過來提升單光子光源的純度。這項研究顛覆過去必須「消除雜光」的設計思維，改以精準控制光的干涉行為來抑制雜訊，為光學量子技術帶來新的發展方向。

什麼是光子？為什麼量子電腦要用它？

在日常生活中，光子只是光的一小份能量，無論是燈光、手機螢幕或太陽光，都是由大量光子組成，人們並不會關心單一光子的狀態。

而在現在的量子電腦與量子通訊領域中，光子被視為一種重要的資訊載體。在這類系統中，次原子粒子像是光子可用來承載量子資訊，成為量子位元（qubit）。

由於光子不易受到環境干擾，特別適合高速運算與長距離傳輸，因此在量子電腦與量子通訊研究中，如何穩定產生單光子，一直被視為關鍵技術挑戰之一。

單光子為何難產？兩大雜訊成為關鍵瓶頸

研究團隊指出，實際產生穩定單光子流時，長期受到兩個問題困擾。首先，當雷射照射原子以誘發光子釋放時，雷射本身往往會產生散射光，混入額外、不需要的光子；其次，原子在少數情況下會同時釋放多顆光子，導致量子資訊混亂。這些多光子雜訊會降低運算準確度與通訊安全性，成為量子電腦與光學量子電路發展的主要障礙。

研究突破：用干涉抵消雜訊，提升純度

愛荷華大學團隊發現，這些多餘光子在顏色與光波形狀上，與雷射散射光高度相似。基於這一特性，研究人員透過精準調整雷射的入射角度、光束形狀與相位，讓多光子發射與雷射散射光彼此產生干涉，進而互相抵消。研究結果顯示，該方法可在不犧牲亮度的情況下，將單光子純度提升數個數量級，效果優於傳統光譜濾波技術。

研究團隊指出，這種「雜訊輔助淨化」的設計概念，特別適合應用於晶片級量子光電平台，有助於打造高純度、可擴充的單光子光源。

隨著量子電腦、量子通訊與量子網路逐步走向實際應用，這項技術有望提升系統穩定性與安全性，為未來量子產業奠定更可靠的硬體基礎。

• Scientists Discover How To “Purify” Light, Paving the Way for Faster, More Secure Quantum Technology

（首圖來源：IOWA）