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科技報導

糾纏本身不會糾纏光



新聞9月16日北京時間,據國外媒體報導,Natalia Herrera-Valencia和她的同事在使糾纏光通過2米長的多模光纖後,成功地將糾纏光恢復到其原始狀態。在馬紐克·馬利克(Mayul Malik)的領導下,愛丁堡赫瑞瓦特大學的研究團隊利用糾纏本身解決了這個問題。 格拉斯哥大學的一位研究員也參與了這項研究。 最近發表在《自然物理學》上的一篇論文詳細描述了這項研究。

混沌光斑:光被多種複雜介質(例如多模光纖)干擾產生的圖案

混沌光斑:光被多種複雜介質(例如多模光纖)干擾產生的圖案

穿過無序(或“複雜”)介質(例如大氣霧或多模光纖)的光以已知方式散射。 結果是,儘管光所攜帶的信息可以保留,但會失真。 因此,需要其他步驟來獲取此信息。 當傳輸糾纏的光時,這變得非常棘手,因為介質會干擾量子相關性。 該狀態為“已加密”,原始糾纏狀態必須首先為“已加密”。

糾纏救濟糾纏

為了理解複雜介質,物理學家使用傳輸矩陣(即二維複數數組)來預測任何物質通過介質的結果。 傳輸矩陣理論,加上技術上的一些關鍵發展,直到最近才允許經典光通過複雜的介質傳播。 在這項研究中,愛丁堡研究小組將透射矩陣的概念擴展到了量子光學領域。

一種叫做“通道狀態對偶性”的特性允許研究人員僅使用一個量子糾纏態(一對具有相關特性的光子)作為探針來提取介質的完整傳輸矩陣。 這與構建矩陣的經典方式不同。 經典方法需要多個光學探針穿過介質以獲得完整的矩陣。

一旦他們知道了媒體如何擾亂信息,Herrera-Valencia和她的同事就可以使用相同的矩陣來消除媒體的影響。 在這裡,糾纏再次使用了一個巧妙的技巧:與對通過光纖的光進行解擾不同,研究人員可以對它的“糾纏雙胞胎”進行打亂,以便他們無需通過介質即可獲得相同的結果。 他們使用一種稱為“空間光調製器”(SLM)的設備來擾亂光。 該設備會影響光場分佈。

處理更大的尺寸

與二維量子位相比,高階糾纏態具有更大的潛力,因為它們可以承載更多信息,並且對噪聲更魯棒。 但是這些州也更容易受到環境變化的影響。

這項研究通過描述空間中六維糾纏態的保留來解決量子光學中的一個主要問題。 “ Qubit糾纏已經有了這項技術,它可以處理不受信道影響的自由度(例如極化)。但是,當涉及到高維糾纏態時,空間模式編碼存在很多問題,” Malik解釋。 波前失真等簡單的事情也會破壞信息。

為了創建和測量高維糾纏態,物理學家經常使用的一個概念稱為空間自由度。 在這項研究中,研究團隊基於空間“像素”。 它們將連續的位置空間劃分為離散的區域或像素。 以此方式,如果在一個結構中的第一像素中檢測到光子,則還應該在另一結構中的第一像素中檢測該光子的糾纏孿晶。 像素數確定係統中可能發生的最大糾纏尺寸。 像素基點在質量,速度和尺寸方面表現非常出色。 更重要的是,因為空間光調製器可以實現精確且無損的控制。

對量子技術的影響

除了增加糾纏態的維數並解決長纖維中的色散等問題外,研究團隊還探索如何將復雜通道與量子態等同起來,以簡化攜帶大量信息的量子態的測量。

研究團隊還在論文中提到,該技術甚至可以用於在生物組織等動態介質中傳遞高維糾纏。 糾纏的光也可以通過兩個獨立的通道發送。 控制任何一個通道都會影響整個狀態,當然也會影響另一個通道。 研究人員寫道:“此功能在量子網絡場景或非侵入性生物成像中可能有用。因為在這種情況下,到達複雜系統的每個部分可能並不現實。” (林琳)