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首个三光子颜色纠缠W态问世 有望应用于量子通信领域

作者: 发布时间:2019-10-09

  科技日报讯(记者刘霞)据物理学家组织网近日报道,美国研究人员首次让 3 个光子的颜色相互纠缠,构建出一种名为W态的量子力学状态。在这种状态下,即使 3 个光子中一个光子“走丢了”,有些纠缠态仍会保存下来,因此有望应用于量子通信领域。而且,研究人员称,这种纠缠态也使新奇的量子应用和基础物理测试成为可能。

  为了创造出这种状态,伊利诺伊大学香槟分校的研究人员将激光照射进玻璃纤维内。通过一个名为“自发四波”混合的过程——4 个激光光子与光纤相互作用,然后湮灭——产生两对不同颜色的光子(例如,两对红色和绿色光子)。这 4 个光子被用来构造 3 光子W态。其中一个为绿色,剩下 3 个构建出这种 3 光子W态——由两个红色光子和一个绿色光子的所有可能迭代组成。

  这项工作的独特之处在于,研究人员使用光子的颜色(能量)作为纠缠自由度,而之前的研究使用光子的偏振。由于光子的能量不会轻易变化,这就降低了能量纠缠W态在长距离传播时产生误差的可能性。通过测量双光子子系统的信息,研究人员首次验证了这种状态。研究发表于《物理评论快报》杂志。

  研究人员方斌(音译)指出:“科学家们以前曾创造过偏振纠缠的W态,但最新研究是在光纤中产生的第一个离散的能量纠缠W态和第一个 3 光子纠缠态。与其他类型的 3 粒子纠缠相比,W态对于量子通信很有用,因为如果一个光子丢失了,另外两个光子会保留一些纠缠,这意味着通信可以继续。”

  研究负责人、维吉尼亚·洛伦茨说:“这项研究的另一个新方面是,我们提出了一种直接证明W状态存在的方法。”