包括阿拉巴馬大學科學家在內的一個國際研究小組發表了一篇新的評論。 自然光子學 研究了一個快速發展的領域，稱為量子結構光。該方法通過將量子信息科學與跨空間和時間的精心設計的光模式相結合，重新構想了數據傳輸、測量和處理的方式。結果是光子可以攜帶比以前更多的信息。
研究人員解釋瞭如何同時控制光的多種屬性（包括偏振）空間和頻率模式如何能夠創建高維量子態？在此框架中，標準量子位（二維，具有兩個量子態的重疊光子）被量子位取代。 （超過二維），這種變化極大地擴展了量子系統可以做的範圍。並在許多領域開闢了科技新路徑
在量子通信中，這些高維光子通過將更多信息封裝到每個光粒子中來提高安全性。它還允許多個通信渠道同時工作。同時，還提高了容錯能力和背景噪聲。用於量子計算的結構光可以簡化電路設計並加快處理速度。同時，它能夠創建高級模擬所需的複雜量子態。
成像、傳感和材料研究的進展
量子結構光也推動了攝影和測量的進步。研究人員指出，解決問題的技術得到了改進，例如最近發展的量子全息顯微鏡，有助於獲得生物樣本的敏感圖像。配備基於量子相關的高靈敏度傳感器。除了這些用途之外，結構光還可以用於模擬複雜的量子系統。它允許科學家模擬分子如何在網絡內相互作用。並可能導致新材料的發現。
二十年的快速進步
據通訊作者、約翰內斯堡威特沃特斯蘭德大學的安德魯·福布斯教授介紹，這一研究領域在過去 20 年裡發生了巨大的變化。量子光是為特定目的而設計的。它發展迅速，直到最終開始展現其全部潛力。二十年前，這方面的工具箱幾乎是空的。今天，我們擁有緊湊高效的片上量子結構光源。可以創造和控制量子態。 ”
儘管有這樣的推動，挑戰仍然存在。 “雖然我們取得了巨大進步，但仍然存在挑戰，”福布斯表示。 “結構光學的範圍無論是經典還是量子都還很低，但這也是一個機會。它刺激了對更抽象的自由度的探索。”
從科學好奇心到實用工具
阿拉巴馬大學物理系光學組的研究員 Adam Vallés 表示，該領域已經到了關鍵時刻。 “我們已經到了一個轉折點。量子結構光不再只是一種科學好奇心。它是一種真正有潛力改變通信、計算和圖像處理的工具。” Vallés 強調 UAB 作為這一進展的關鍵貢獻者的作用。它與《福布斯》合作，引用了“具有巨大國際影響力的進步，例如以高維度編碼的激活量子信息的運動。激光腔設計可創建高純度的複雜狀態，以及在加密領域面對阻塞通信通道的障礙時魯棒的量子密鑰分配。”
加泰羅尼亞支持的全球合作
評論文章 這是封面文章。 2025 年 11 月號 自然光子學它反映了瓦萊斯與福布斯領導的大學物理學院結構光研究小組之間的長期合作。南非約翰內斯堡的 Witwatersrand 這項工作還得到了加泰羅尼亞量子學院 (CQA) 的支持，這是一項由 Fotòniques 研究所 (ICFO) 協調並得到加泰羅尼亞政府支持的合作倡議。它旨在加強整個地區的量子科學技術教育並培養人才。
