科學家突破！奈米光子結構中發現全新量子糾纏態

以色列理工學院物理學家團隊首度在奈米結構中觀測到光子總角動量的新型量子糾纏現象。這項突破性發現為晶片級量子資訊處理開闢新途徑，未來可望利用光子總角動量作為量子資訊編碼載體。

研究團隊成功在僅頭髮千分之一大小的奈米系統中，將兩個光子轉換為總角動量糾纏態。這項成果由Shalom Buberman與Shultzo3d團隊以影像記錄。

量子糾纏現象過去已在各類粒子與多種特性中獲得驗證。對光子這種光粒子而言，糾纏可能發生在行進方向、頻率或電場指向等特性上，也可能存在於較難直觀理解的角動量特性。

角動量可區分為與電場旋轉相關的自旋角動量，以及與空間中旋轉運動相關的軌道角動量。研究主持人Guy Bartal教授解釋：「當光子被限制在波長尺度的奈米結構時，這兩種旋轉特性會融合為單一物理量——總角動量。」

將光子壓縮至奈米尺度有兩大關鍵優勢：首先是顯著縮小光學元件尺寸，如同電子電路的微型化歷程；更重要的是，這種微型化能大幅增強光子與材料的互動作用，實現常規尺度下無法產生的量子現象與應用。

研究團隊完整追蹤了光子從進入奈米系統到離開測量裝置的整個過程，發現此轉換過程能擴充套件光子的量子態空間。透過系列精密測量，他們成功繪製這些量子態圖譜，並驗證了奈米系統特有的總角動量糾纏現象。

這是20多年來首度發現的新型量子糾纏態，未來可望推動光子量子通訊與計算元件的革命性發展。相關論文已發表於《自然》期刊，標題為〈總角動量中的近場光子糾纏〉（A. Kam et al., Nature, 2025）。

這項研究改寫了我們對量子糾纏的認知，為次世代量子科技發展注入新動能。