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简单的激光可以传递高维的,类似量子的经典光

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中国长春,2021年4月7日-一个来自中国和南非的国际团队使用激光创造了一种任意维度的光,该团队成员称之为“量子像。”利用大学教学实验室常见的简单激光器,该团队展示了八维经典纠缠光。该演示建立在光结构的现有特性和原理上,通过绘制约束量子位量子态的更高(超过两个)维度的路线,推动了光场的极限。

研究和断层摄影术研究人员开发的测量高维经典纠缠光的技术支持了量子计量学未来的发展,光通信量子误差修正等等。

裁剪光通常涉及到改变它的空间属性,如相位、偏振和/或振幅。结构光,可能涉及空间光调制器,使人们可以看到更小,更聚焦的图像,以更少的光子,因此,存储信息在光高带宽通信。

然而,将经典光应用于量子过程,或者开发出具有量子性质的光(实际上,开发这种定制的光,使其看起来像“经典纠缠”)的可能性,迄今为止已经超出了创造和控制的能力。这源于这样一个事实:用激光来构造光常常需要专门的激光器。此外,通常考虑的二维(模式和偏振)范式只考虑二维的经典纠缠光。

当它涉及到量子光的应用时,这两个自由度(模式和偏振)模拟了量子位量子态的二维。创造更高的维度需要在一个被限制为两个自由度的系统中找到更多的自由度。

在新工作中使用的激光器只包含一个增益晶体和两个镜子。这一过程遵循了射线波二象性的量子力学原理;科学家们通过简单地调整长度来控制激光器的路径和偏振,从而利用一束三部八维状态的射线波结构的激光束。

一个简单的激光器,仅仅由两个标准的镜子组成,被用来创造高维经典纠缠光,这是一种新的艺术状态,偏离了流行的二维贝尔态范式。该方法结合了内部生成,原则上无限的可创建内容,以及外部控制,允许用户定义的状态被塑造。这里展示的是二维贝尔态(左)和高维态(右)的例子,包括著名的GHZ态。沈义杰、艾萨克·纳普、杨锡林、傅兴、龚马里、Darryl Naidoo和安德鲁·福布斯
一个简单的激光器,仅仅由两个标准的镜子组成,被用来创造高维的经典纠缠光,偏离了流行的二维贝尔态范式。这种方法结合了内部生成(原则上是无限的)和外部控制,允许用户定义的状态被塑造。图中是二维贝尔态(左)和高维态(右)的例子,包括著名的格林伯格-霍恩-泽林格态(GHZ)。沈义杰等人提供。
这种方法可以通过标记激光产生的波状射线,然后用空间光调制器在外部控制它们,将它们塑造成理想的形状,从而创造出任何量子态。研究人员的系统允许激光本身在建立外部控制之前产生必要的尺寸。

作为演示,该团队在矢量束中产生了Greenberger-Horne-Zeilinger (GHZ)态(涉及三个或更多子系统的纠缠量子态)。测量需要开发一种新的测试和测量方法;研究人员将高维量子态的层析成像转化为一种他们可以测量的技术。他们报告说,结果是一种新型的经典纠缠光层析成像技术,可以揭示二维以外的量子关联。

这项研究发表在光:科学与应用(www.doi.org/10.1038/s41377 - 021 - 00493 - x)

Photonics.com
2021年4月
术语表
量子
波的能量可以分割成的最小分量。量子与波的频率成正比。看到光子。
结构光
投影平面或网格状光在物体上的投影它可用来测定物体的三维特性,根据观测到的结果产生的偏转。
断层摄影术
利用感兴趣点的相对运动将活动从周围的平面上散焦的技术。
光通信
通过光学器件和传感器传送和接收信息的过程。
研究与技术 教育 量子 激光 镜子 结构光 纠缠 断层摄影术 量子计量学 光通信 通信

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