将信息编码到量子粒子（如光子，即光量子）中，可能会带来强大的新技术，例如超高速量子计算机和牢不可破的量子密码术。发表在《自然·光子学》杂志上的一种方法描述了将两个光子携带的信息加载到一个光子中的方法，这表明了一种提高此类系统中数据传输效率的方法。
在传统的光纤网络中，数据流通常被组合或“多路复用”，以提高网络容量。例如，数字数据可以被编码成不同波长的光脉冲，这些光脉冲同时沿单根光纤发送，并在另一端再次分离（“解复用”）。
这种能力在量子信息技术中也很方便。它将需要把两个或多个“量子比特”所携带的数据输入到一个量子比特中。例如，两个量子比特各自携带一个二进制数字（1或0）——例如，编码在光子的偏振中——可以被一个具有四种可能状态的单光子取代，该单光子能够指定两个数字。
支持科学新闻报道
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道 订阅。通过购买订阅，您正在帮助确保有关塑造我们当今世界的发现和想法的具有影响力的故事的未来。
但是，由于光子之间实际上不相互作用，因此将两个光子的“内容”转移到一个光子中是具有挑战性的。如果光子不“说话”，信息怎么能传递过去呢？
那不勒斯费德里科二世大学的物理学家洛伦佐·马鲁奇和罗马萨皮恩扎大学的法比奥·夏里诺及其合作者已经研究出一种实现这种信息转移的方法。它涉及将两个初始光子馈入逻辑门——产生二进制输出信号的设备，其值取决于输入。
研究人员使用了一种称为受控非门（CNOT）的逻辑门，它接受两个输入比特并输出两个输出比特。一个比特，称为控制输入，在输出中保持不变，但另一个比特，称为目标输入，如果控制输入为1，则会切换（例如，从0切换到1）。
研究人员结合了两个由镜子系统构建的CNOT门，这些镜子通过反射部分光束同时透射其余部分来分割光束。通过使用偏振光子作为控制和目标输入，他们能够提取一个输出光子，该光子携带了输入的所有信息。他们将这个过程称为量子连接。
通过反向运行该过程，研究人员实现了“量子分裂”的反向过程——提取与最初连接成一个光子的状态相同的两个光子。这对应于信号的解复用。
在量子力学过程中，结果无法完美预测，只能以一定的概率预测。但是，研究人员已经通过实验证明，他们的装置（包括用于将偏振光束馈入光纤网络、分束器和其他光学设备的激光器）给出的结果与他们的预测非常吻合。
英国牛津大学量子光学专家伊恩·沃尔姆斯利说：“这是一项非常出色的工作，它为这个问题提出了一个巧妙的解决方案。”
沃尔姆斯利说，他不认为这项工作目前会使量子计算机更接近现实。“我不认为下一代量子计算机的瓶颈是在这个方向，”他说。但他认为，这种方法可能在量子行为的基础研究中具有重要的应用价值。
同样在牛津大学研究量子光学技术的布莱恩·史密斯补充说，这项工作“肯定会促进量子光子学的进一步发展”。“这种量子信息传输应该对量子多路复用的方法产生重大影响。”