【前沿资讯】超表面赋能量子全息术：当“光子记忆擦除”成为可视化现实

    一、从EPR佯谬到量子擦除：跨越百年的量子探索
    1935年，爱因斯坦等人提出的EPR佯谬掀开了量子纠缠的神秘面纱，而1991年Scully提出的量子擦除实验，则通过“选择性遗忘”光子路径信息，巧妙揭示了量子世界的波粒二象性。如今，香港科技大学与英国埃克塞特大学的联合团队，将这一抽象概念与超表面技术结合，首次实现了偏振-全息混合纠缠态的可视化操控，让“光子记忆擦除”以全息图像的形式直观呈现。相关成果发表于《AdvancedPhotonics》2025年第2期。

    二、超表面：破解量子全息困境的“纳米魔术师”
    在经典全息技术中，重建立体影像依赖固定光源与介质，而量子全息虽能通过纠缠光子对实现动态加密，却受限于传统光学元件对高维光场模态的操控能力。
    超表面——一种具有亚波长纳米结构的平面光学器件——成为破局关键。研究团队利用其几何相位调控特性，为信号光子的左旋/右旋圆偏振态分别编码了两幅相位差π/2的全息图“HDVA”。通过改良的Gerchberg-Saxton算法，他们在石英基底上制备了700nm×105nm的纳米光栅阵列，相邻区域的π/2相位阶跃为后续量子干涉奠定了基础。

    三、量子橡皮擦：从路径信息到全息内容的“选择性删除”
    实验中，信号光子的全息图案与闲频光子的偏振态形成“薛定谔叠加态”：当闲频光子未被检测偏振时，信号光子呈现四字母叠加态；而插入特定偏振片后，对应字母因“路径信息暴露”发生相消干涉，如同被橡皮擦除。
    可视化验证：如图2（c）所示，水平偏振检测下，“H”字母区域的干涉对比度降至-13.8dB（仅存4%原始亮度），而未擦除字母保持7.5dB清晰度，证实了对量子态的空间局域化精准操控。
    核心机制：通过坍缩闲频光子的偏振自由度，诱导信号光子的两幅全息态产生干涉，实现对特定全息内容的“选择性擦除”，将量子擦除实验从抽象的条纹观测升级为具象的图像消隐。

    四、从基础研究到应用：量子全息的多维潜力
    1.量子通信加密：将全息图相位差作为四维量子密钥（误码率仅1.5%，远低于18%的安全阈值），攻击者即使截获光子，也因缺乏相位关联特性无法破译，为高鲁棒性量子通信提供新路径。
    2.防伪技术革新：构建“经典振幅层+量子相位层”双重验证体系。仿冒者复制表面图案时，因缺失量子纠缠特性，在量子擦除检测中会暴露相位关联的“漏洞”，形成不可伪造的防伪标识。
    3.基础物理探索：超表面搭建的混合纠缠态平台，为研究量子非定域性、高维量子态操控等基础问题提供了小型化、可编程的实验工具，推动量子光学器件向集成化发展。

    五、未来展望：当纳米结构遇见量子世界
    目前，团队正优化超表面材料与相位调控方案，以降低光子损耗并提升器件集成度。这项研究不仅突破了传统全息技术的静态局限，更首次将量子擦除与图像信息直接关联，为“看得见的量子现象”打开了新窗口。随着超表面技术与量子信息科学的深度融合，未来或许能实现动态加密全息投影、不可窃听的量子通信网络，甚至让量子叠加态以更直观的方式走进现实。
    从EPR佯谬的哲学思辨到超表面上的纳米级操控，百年量子探索在微纳尺度上绽放新的光彩。当光子的“记忆”可以被精准擦除与重构，我们不仅触摸到了量子世界的神奇，更看到了其赋能未来科技的无限可能。