研究人員創(chuàng)建了第一個三光子顏色糾纏的W狀態(tài)

伊利諾伊大學(xué)香檳分校的研究人員構(gòu)建了一種量子力學(xué)狀態(tài)，其中三個光子的顏色相互糾纏。該狀態(tài)是一種特殊的組合，稱為W狀態(tài)，即使三個光子之一丟失，它也保留了一些糾纏，這對于量子通信很有用。這種糾纏態(tài)也使新穎的量子應(yīng)用和基本物理測試成為可能。

這項工作的獨特之處在于，研究人員使用顏色或光子的能量作為纏結(jié)的自由度，而先前的工作使用極化。光子的能量不能輕易改變，這降低了當(dāng)能量糾纏的W狀態(tài)在長距離傳播時發(fā)生錯誤的可能性。通過測量有關(guān)雙光子子系統(tǒng)的信息，首次驗證了該狀態(tài)。

該項目的研究生方斌(Bin Fang)指出：“人們以前已經(jīng)創(chuàng)建了極化糾纏的W態(tài)。” “但是，這是在光纖中創(chuàng)建的第一個離散的能量糾纏的W狀態(tài)和第一個三光子糾纏的狀態(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)四波混合的過程，四個激光光子與光纖相互作用并被ni滅，以創(chuàng)建兩對具有不同顏色的光子(例如，兩對紅色和綠色光子)。這四個光子用于構(gòu)建3光子W態(tài)。其中一個被檢測為綠色，其余三個被糾纏為W狀態(tài)，該狀態(tài)由一次包含兩個紅色光子和一個綠色光子的所有可能的迭代組成。

研究人員使用的插圖是交通信號燈。

“就像三個交通信號燈總是發(fā)出兩個停止信號并發(fā)出信號一樣，光子的顏色最終總是變成兩個紅色和一個綠色，但是直到我們進行測量之前，具體的組合才能設(shè)定下來-這是量子力學(xué)性質(zhì)的特征光子。”物理學(xué)副教授兼首席研究員弗吉尼亞·洛倫茲說。

與其他類型的三粒子糾纏相比，W狀態(tài)對于量子通信非常有用，因為如果其中一個光子丟失了，那么其他兩個將保持一定的糾纏狀態(tài)，這意味著通信可以繼續(xù)進行。

洛倫茲說：“這項研究的另一個新方面是，我們找到了一種驗證狀態(tài)的途徑，以解決復(fù)雜的顏色轉(zhuǎn)換步驟。” “我們的理論家合作者提出了一種方法，可以很直接地證明W狀態(tài)的存在。”