罗斯托克大学与汉堡大学的研究人员首次实验证明，即使基础网络不存在明显的几何对称性，其潜在的、隐藏于频谱结构中的“潜对称性”也能实现量子态的可靠与精确传输。该发现为量子通信与量子密码学的安全新方法奠定了基础。研究成果已于2026年1月13日发表于专业期刊《eLight》。
对称性是自然界最强大的秩序原则之一。它不仅塑造了雪花与花朵的外形，也主导着基本粒子的相互作用及描述这些作用的物理定律。常见的平移、旋转或反射对称性可直接体现于系统的几何结构之中，但也有些对称性并不直观可见——“潜对称性”正是这样一种隐藏在系统频谱特性中的秩序形式。罗斯托克课题组负责人亚历山大·沙梅特教授用音乐类比这一抽象概念：“正如一件乐器的整个音域构成了不同‘频率’的频谱，系统的物理性质也由其频谱决定。令人惊讶的是，即使系统表面上看不到对称性，其内部依然可能存在潜对称性，并表现出对称性所驱动的行为。这意味着，我们能够设计出外观不对称甚至随机排列的系统，却使其具备基于对称性的、出人意料的功能特性。”
在这篇题为《潜对称网络中的状态转移》的新论文中，罗斯托克与汉堡的物理学家团队首次在实验中实现了基于潜对称性的量子态传输。他们利用飞秒激光直写技术，制备了由光学波导构成的光子电路网络，并通过精心设计使其具备潜对称性——更准确地说，是将对称性巧妙地“隐藏”于系统之中，进而利用该特性传输非经典光态。通常情况下，若光被注入一个缺乏对称性的网络节点，它会均匀分散至所有节点。然而在此系统中，情况截然不同。研究第一作者、博士生乔纳斯·希默尔解释道：“我们的系统表面行为与此类似，但存在一个关键例外：当光子从某一特定节点耦合进入后，它几乎如魔法般在另一对应节点重新出现。”这一高效连接之所以实现，是因为这两个节点具有完全相同的“频谱指纹”——这正是潜对称性的典型特征。
该研究突破了对传统几何对称性的依赖，大幅拓展了量子电路的设计空间，并为开发更高安全性的量子通信与量子密码协议提供了全新路径。
此项工作由德国研究基金会及阿尔弗里德·克鲁普·冯·博伦和哈尔巴赫基金会共同资助。
