类似量子!科学家使用激光创建了任意维度的光

   小金工        

2021年4月7日,来中国长春,自中国和南非的国际团队使用激光创建了任意维度的光,这些光被团队成员称为“类似量子”。该团队使用大学教学实验室中常见的简单激光,显示了八维经典纠缠光。该演示建立在现有的光结构特性和原理之上,通过绘制限制量子位量子态的更高(大于两个)尺寸的路线图,突破了领域的极限。


研究人员开发出的用于测量高维经典纠缠光的研究和层析成像技术,为量子计量学、光通信的未来发展提供了支持,量子误差校正等。


调整光通常涉及更改其空间属性,例如其相位,偏振和/或振幅。结构化的光可能涉及空间光调制器,从而可以看到具有更少的光子,更聚焦的图像,并因此在光中存储信息以进行高带宽通信。


但是,迄今为止,将经典光应用于量子过程或开发利用类似量子性质的光的可能性(实际上,开发这种量身定制的光,使其看起来“经典地纠缠”)的可能性远远超出了创建和控制的能力。这源于以下事实:从激光源构造光通常需要专门的激光器。此外,通常认为的二维(图案和偏振)范式仅考虑二维中的经典纠缠光。


与量子光应用有关,这两个自由度(图案和偏振)模仿了量子位量子态的两个维度。创建更高的尺寸需要在被限制为只有两个的系统中找到更多的自由度。


在新作品中使用的激光仅包含一个增益晶体和两个反射镜。该过程遵循射线波对偶的量子力学原理。科学家通过简单调整长度以利用三部分八维状态的射线波结构激光束,来控制激光器内部的路径和偏振。


类似量子!科学家使用激光创建了任意维度的光

一个仅由两个标准镜构成的简单激光器被用来产生高维经典纠缠光,这与二维贝尔状态的流行范例有所不同。该方法将内部生成(原则上不受限制)与外部控制相结合,从而可以模制用户定义的状态。显示的是二维Bell(左)和高维状态(右)的示例,其中包括著名的Greenberger-Horne-Zeilinger(GHZ)状态


该方法通过标记激光产生的波状射线,然后使用空间光调制器从外部控制它们以将它们成型为所需的形状,从而能够创建任何量子态。研究人员的系统允许激光自身产生必要的尺寸,然后再进行外部控制。


类似量子!科学家使用激光创建了任意维度的光


作为演示,研究小组在矢量光束中生成了所有的Greenberger-Horne-Zeilinger(GHZ)状态(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技术转化为他们可以衡量的技术。他们报告说,结果是一种经典的纠缠光层析成像技术,它揭示了二维以外的量子似的相关性。


该研究发表在《光:科学与应用》上。



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