伊利諾伊大學香檳分校(University of Illinois at Urbana-Champaign)科學家構(gòu)建了一種量子力學狀態(tài)，在這種狀態(tài)下，三個光子的顏色相互糾纏。這種態(tài)是一種特殊的組合，稱為W態(tài)，即使三個光子中的一個丟失了，它也會保留一些糾纏，這使得它對量子通信很有用。

這樣的糾纏態(tài)也使得新的量子應用和基礎(chǔ)物理測試成為可能。這項研究的獨特之處在于，研究人員使用顏色或光子的能量作為糾纏自由度，而先前的工作使用偏振。

光子的能量不容易改變，這降低了當能量糾纏W態(tài)在長距離上傳播時出錯的可能性。通過測量關(guān)于雙光子子系統(tǒng)的信息，首次驗證了該狀態(tài)，其研究發(fā)現(xiàn)發(fā)表在《物理評論快報》上。該項目的研究生Bin Fang指出：人們以前就創(chuàng)造過極化糾纏的W態(tài)。然而，這是光纖中產(chǎn)生的第一個離散能量糾纏W態(tài)和第一個三光子糾纏態(tài)。為了創(chuàng)造這種狀態(tài)，研究人員將激光照射到玻璃纖維中。通過稱為自發(fā)四波混頻的過程，四個激光光子與光纖相互作用并被湮滅以產(chǎn)生兩對不同顏色的光子(例如，兩對紅色和綠色光子)。

這四個光子用于構(gòu)造3光子W態(tài)。其中一個被檢測為綠色，剩下的三個糾纏為W狀態(tài)，其由兩個紅色光子和一個綠色光子同時的所有可能的迭代組成。研究人員使用插圖是紅綠燈的插圖。物理學副教授、首席研究員弗吉尼亞·洛倫茨(Virginia Lorenz)說：就像三個交通燈總是發(fā)出兩個停和一個走的信號一樣，光子的顏色最終總是兩個紅色和一個綠色，但具體的組合在進行測量之前是不會設(shè)定的，這是光子量子力學性質(zhì)的一個特征。

與其他類型的三粒子糾纏相比，W態(tài)對于量子通信是有用的，因為如果其中一個光子丟失，另兩個光子保留一些糾纏，意味著通信能夠繼續(xù)進行。這項研究的另一個新方面是，找到了一種途徑來驗證狀態(tài)是我們的目標，從而繞過了一個復雜的顏色轉(zhuǎn)換步驟，理論家合作者想出了一種相當直截了當?shù)刈C明W狀態(tài)存在的方法。利用光纖中自發(fā)四波混頻產(chǎn)生多光子對的狀態(tài)，本研究表明，通過利用關(guān)于光子源的先驗信息，可以在不借助頻率轉(zhuǎn)換的情況下驗證該光子源產(chǎn)生的狀態(tài)。

博科園｜研究/來自：伊利諾伊大學厄本那-香檳分校

參考期刊《Physical Review Letters》

DOI: 10.1103/PhysRevLett.123.070508

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