近日，英国赫瑞瓦特大学（Heriot-Watt University）的科学家们发现了一种强大的新方法，可以对光学电路进行编程。

这种方法或将对实现不可破解的通信网络和超快量子计算机等未来技术发挥至关重要的作用。目前，这项研究已发表在《自然·物理学》杂志上。

英国赫瑞瓦特大学工程与物理科学学院的实验物理学家兼物理学教授Mehul Malik解释称：“光可以携带大量信息，用光而不是电来计算的光学电路，被视为计算技术的下一个重大飞跃。”

“但随着光学电路变得越来越大、越来越复杂，它们越来越难以控制和制造——这可能会影响它们的性能。我们的研究展示了另一种更通用的设计光学电路的方法，使用自然发生的过程。”

Mehul Malik教授和他的团队使用商用光纤开展了研究。这种光纤在世界各地被广泛用于将互联网传输到各个家庭和企业，它比人类头发的宽度还细，利用光来传输数据。

通过利用光在光纤中的自然散射行为，他们发现，可以以非常精确的方式对光纤内的光学电路进行编程。

“当光进入光纤时，它会以复杂的方式散射和混合。通过了解这个复杂的过程，并精确地塑造进入光纤的光，我们已经找到了一种方法，可以在这种混乱中精心设计光的电路。”

光学电路对未来量子技术的发展至关重要，量子技术是在微观层面上通过与单个原子或光子（光粒子）一起工作而设计的。这些技术包括具有巨大处理能力的强大量子计算机和无法被黑客入侵的量子通信网络。

Mehul Malik教授解释称：“例如，量子通信网络的末端需要光学电路，这样信息才能在长距离传播后被测量。它们也是量子计算机的关键部分，用于对光粒子进行复杂的计算。”

量子计算机有望在药物开发、气候预测和太空探索等领域取得重大进展。机器学习——人工智能——是另一个使用光学电路快速处理大量数据的领域。

Mehul Malik教授指出，光的力量在于它的多维度：“我们可以在单个光粒子上编码很多信息。它的空间结构、时间结构，颜色。如果你能同时计算所有这些属性，就能释放出巨大的处理能力。”

研究人员还展示了他们的可编程光学电路如何用于操纵量子纠缠。这是一种现象，即两个或多个量子粒子（如光子）即使相隔很远也能保持连接。纠缠在许多量子技术中发挥着重要作用，例如量子计算机内部的纠错和实现最安全类型的量子加密。

Mehul Malik教授和他在赫瑞瓦特大学超越二进制量子信息实验室的研究小组，与来自瑞典隆德大学、意大利罗马萨皮恩扎大学和荷兰特温特大学等机构的合作学者进行了这项研究。

该研究由QuantERA资助，QuantERA是一个由来自31个国家的39个公共研究资助组织(rfo)组成的欧洲领先网络，包括奥地利研究促进局（FFG）——奥地利为工业研究和发展提供国家资助的机构；以及欧洲研究理事会(ERC)——欧盟为前沿研究提供资助的组织。