光学量子计算机作为极具潜力的下一代高速、可扩展计算技术，备受瞩目。但精确表征复杂光学过程，尤其是多个光学模式相互作用产生量子纠缠的情况，一直是难题。韩国科学技术院(KAIST)研究团队成功攻克这一局限，开发出高效技术，能完整表征实验中复杂的多模量子操作，为可扩展量子计算和量子通信技术发展迈出重要一步。

由罗永植教授带领的团队，开发出多模量子过程层析成像技术，可有效识别二阶非线性光学量子过程特征。该技术类似量子计算机的“CT扫描”，传统量子计算中，随量子比特或光学模式数量增加，层析成像资源呈指数级增长，现有技术难以分析五个及以上光学模式的系统。而新开发的技术，能像CT扫描一样，清晰确定光学量子计算机内部情况。

研究团队提出全新数学框架，用“放大矩阵”描述光场平均变换，“噪声矩阵”捕捉环境引入的噪声或损失，二者构建“量子态图”，精准观测光子理想量子演化与实际设备噪声，更真实描述光学量子计算机运行。

运用新方法，研究团队大幅减少所需测量数据量，克服了现有方法在分析多模式系统时的瓶颈。团队成功完成世界上首次对涉及16个模式的大规模光学量子操作实验表征，这是该领域重要里程碑。罗永植教授称：“这项研究显著提高了量子过程层析成像技术效率，将极大促进量子计算、量子通信和量子传感等量子技术的可扩展性与可靠性。”

更多信息： Geunhee Gwak 等人，《完全表征多模二阶非线性光学量子过程》，《自然·光子学》 (2025)。期刊信息： 《自然·光子学》