高(gao)(gao)(gao)維(wei)(wei)(wei)糾(jiu)纏(chan)(chan)不僅能夠(gou)(gou)(gou)實(shi)現(xian)比二維(wei)(wei)(wei)情況(kuang)更多的(de)(de)比特編碼,以(yi)增(zeng)加(jia)量(liang)(liang)子(zi)(zi)信(xin)道上(shang)的(de)(de)通信(xin)容量(liang)(liang),而且能夠(gou)(gou)(gou)改善對噪聲(sheng)的(de)(de)魯棒性。作為光(guang)子(zi)(zi)的(de)(de)一個新內稟自(zi)由度(du)(du),軌道角動量(liang)(liang)(OAM)理論上(shang)具有無限(xian)維(wei)(wei)(wei)度(du)(du),為解決(jue)光(guang)通信(xin)系(xi)統(tong)容量(liang)(liang)瓶(ping)頸問題提(ti)供了(le)一條(tiao)有效途徑。2001年,物理學(xue)諾貝爾獎得(de)主安(an)東·塞林格(ge)教授等首次(ci)提(ti)出利用(yong)光(guang)子(zi)(zi)OAM實(shi)現(xian)了(le)高(gao)(gao)(gao)維(wei)(wei)(wei)量(liang)(liang)子(zi)(zi)糾(jiu)纏(chan)(chan),其不僅可(ke)(ke)以(yi)大幅(fu)度(du)(du)增(zeng)加(jia)光(guang)子(zi)(zi)的(de)(de)信(xin)息(xi)攜(xie)帶量(liang)(liang),還可(ke)(ke)以(yi)提(ti)高(gao)(gao)(gao)量(liang)(liang)子(zi)(zi)密(mi)鑰傳輸的(de)(de)安(an)全性,而受到了(le)廣泛關注。然而,在(zai)(zai)光(guang)子(zi)(zi)OAM的(de)(de)實(shi)際應用(yong)中,其挑(tiao)戰之一是發展(zhan)高(gao)(gao)(gao)效的(de)(de)高(gao)(gao)(gao)維(wei)(wei)(wei)OAM糾(jiu)纏(chan)(chan)態表征(zheng)方法(fa)。傳統(tong)的(de)(de)全量(liang)(liang)子(zi)(zi)態層析是獲(huo)取量(liang)(liang)子(zi)(zi)態所(suo)有信(xin)息(xi)的(de)(de)標準技術(shu),但其在(zai)(zai)高(gao)(gao)(gao)維(wei)(wei)(wei)系(xi)統(tong)中變得(de)不切實(shi)際,因(yin)(yin)其所(suo)需的(de)(de)測量(liang)(liang)次(ci)數隨維(wei)(wei)(wei)度(du)(du)呈指數增(zeng)長。因(yin)(yin)此,非常期待能夠(gou)(gou)(gou)找到有效的(de)(de)方法(fa),以(yi)盡可(ke)(ke)能少(shao)的(de)(de)測量(liang)(liang)來表征(zheng)高(gao)(gao)(gao)維(wei)(wei)(wei)糾(jiu)纏(chan)(chan)態,而不引入不必要(yao)的(de)(de)假(jia)設。
近日(ri),南開大(da)學(xue)(xue)(xue)(xue)物(wu)理(li)科(ke)學(xue)(xue)(xue)(xue)學(xue)(xue)(xue)(xue)院李(li)勇男(nan)教(jiao)(jiao)授研究組與(yu)南京大(da)學(xue)(xue)(xue)(xue)王慧田教(jiao)(jiao)授合(he)(he)(he)作(zuo),針對(dui)光(guang)子高(gao)(gao)維(wei)(wei)(wei)軌道角動(dong)量(liang)(liang)(liang)表征(zheng)難題(ti),提出(chu)了利用二(er)維(wei)(wei)(wei)探(tan)(tan)測(ce)器(qi)實現快速(su)非掃描的(de)量(liang)(liang)(liang)子態層(ceng)析方(fang)法,該(gai)研究成果以“Two-Measurement Tomography of High-Dimensional Orbital Angular Momentum Entanglement”為題(ti)發表在(zai)《Physical Review Letters 》上。 其核(he)心(xin)思想(xiang)是(shi)用二(er)維(wei)(wei)(wei)陣列探(tan)(tan)測(ce)器(qi)取代(dai)傳(chuan)統(tong)的(de)單像素探(tan)(tan)測(ce)器(qi),基(ji)于干(gan)涉原理(li)并結(jie)合(he)(he)(he)傅里葉變換(huan),從二(er)維(wei)(wei)(wei)量(liang)(liang)(liang)子符(fu)合(he)(he)(he)計數中解調出(chu)高(gao)(gao)維(wei)(wei)(wei)量(liang)(liang)(liang)子信(xin)息。該(gai)方(fang)法的(de)特點(dian)是(shi)非掃描且(qie)(qie)與(yu)維(wei)(wei)(wei)度(du)無(wu)關,對(dui)于任意維(wei)(wei)(wei)雙光(guang)子OAM糾(jiu)(jiu)纏態,僅需兩次測(ce)量(liang)(liang)(liang)即可實現高(gao)(gao)保真度(du)的(de)密度(du)矩陣重構。該(gai)思想(xiang)還(huan)可以拓展到其它空間模式糾(jiu)(jiu)纏、多光(guang)子糾(jiu)(jiu)纏及(ji)混(hun)合(he)(he)(he)態糾(jiu)(jiu)纏等,為實現大(da)容量(liang)(liang)(liang)量(liang)(liang)(liang)子通信(xin)和量(liang)(liang)(liang)子過(guo)程層(ceng)析奠定了基(ji)礎。未來與(yu)機(ji)器(qi)學(xue)(xue)(xue)(xue)習結(jie)合(he)(he)(he),將會為復雜情況(kuang)下,如大(da)氣和光(guang)纖(xian)中的(de)高(gao)(gao)維(wei)(wei)(wei)光(guang)量(liang)(liang)(liang)子信(xin)息應用提供更多有(you)趣且(qie)(qie)高(gao)(gao)效的(de)測(ce)量(liang)(liang)(liang)思路。

圖(tu):高效光子(zi)軌(gui)道角動量糾纏表征方法(fa)示意圖(tu)
本工作(zuo)南開大(da)(da)(da)學為第(di)一(yi)完成單位,南開大(da)(da)(da)學本科畢業(ye)生李逸和博士畢業(ye)生黃(huang)雙印(yin)為共同第(di)一(yi)作(zuo)者,南開大(da)(da)(da)學李勇男教授和南京大(da)(da)(da)學王(wang)慧田教授為共同通訊(xun)作(zuo)者。此(ci)項工作(zuo)得到了國(guo)家(jia)重點研(yan)發計劃項目和國(guo)家(jia)自然(ran)科學基金項目資助。
① 凡本站(zhan)(zhan)注明(ming)(ming)“稿(gao)件(jian)來(lai)(lai)源:中國(guo)(guo)教育在(zai)線”的所(suo)有文字、圖片(pian)和音視頻稿(gao)件(jian),版權均屬(shu)本網(wang)(wang)所(suo)有,任(ren)何媒體、網(wang)(wang)站(zhan)(zhan)或(huo)個人(ren)未經(jing)本網(wang)(wang)協議授(shou)權不得轉(zhuan)載、鏈接、轉(zhuan)貼(tie)或(huo)以(yi)其他方式復制發(fa)表。已經(jing)本站(zhan)(zhan)協議授(shou)權的媒體、網(wang)(wang)站(zhan)(zhan),在(zai)下(xia)載使用時必須注明(ming)(ming)“稿(gao)件(jian)來(lai)(lai)源:中國(guo)(guo)教育在(zai)線”,違者(zhe)本站(zhan)(zhan)將依(yi)法追(zhui)究責任(ren)。
② 本站注明(ming)稿(gao)件來(lai)源為其他媒(mei)體的文/圖等稿(gao)件均為轉(zhuan)載稿(gao),本站轉(zhuan)載出(chu)于非商業性的教育和科研之目(mu)的,并不意味著贊同其觀點或證實其內容的真實性。如(ru)轉(zhuan)載稿(gao)涉及版權等問題,請作者(zhe)在兩周內速來(lai)電或來(lai)函聯系。




中國教育在線
