研究人员纠缠了两个具有不同频率的独立光子

图1。为了缠绕不同颜色的独立光子，研究人员使用下转换产生两对偏振缠结的光子，标记为（A，A）和（B，B）。每对的频率因40或80 MHz而异。光子A和B进入分束器，导致“低置”的极化和频率状态。两个探测器记录两个光子的到达时间，T1和T2，并且该信息被向前馈送到将时间相关相移到光子A的设备。最后，交换A和BIS的缠结和B.

使用时间解决的测量和主动饲料，中国科学技术大学的研究人员首次纠缠了两个不同颜色的独立光子。

纠缠已经捕捉到科学家的想象力和八十年前的新铸造量子力学形式首次出现。当它们的状态不能单独描述时，将两颗颗粒被认为是缠绕的，从而每当测量一个颗粒时允许反向直接作用 - 距离。纠缠能够为某些量子信息技术提供最终承诺优于经典设备。工程量子处理器，模拟器和传感器的先决条件是我们在诸如光子等大量量子系统之间产生缠结的能力。通常，这种缠结导致光子难以区分。然而，在物理审查信中描述的新实验是首次管理，独立地创建具有不同频率的光子或颜色[1]。结果对于从非识别量子点的阵列缠结光子，这可能是有用的，这通常发射具有略微不同的频率的光子。

光子通常在他们的创作中纠缠在一起。例如，可以通过在非线性晶体中的“下转换”单泵光子生成一对相同的光子。不幸的是，这个过程效率低下，因为下转换具有低概率。一种替代方案是缠绕来自不同来源的光子。这可以通过将两个光子发送到分束器中并利用两光子干扰的量子现象来完成：如果分束器后面的观察者不能判断每个杀菌的光子的路径，则它们的概率结果可以加起来或抵消，使那些将分束器通过不同端口离开的那些光子以纠缠状态。这一效果一直是数十年的量子光子界的主力[2]。

为了实现完美的干扰，当最终测量时，所涉及的光子必须无法区分。然而，与常见的直觉相反，当它们击中分束器时，它们并不一定必须无法区分;它们可能具有非常不同的特性 - 不同的颜色，极化，空间模式等。 - 但是如果我们的探测器对这些属性不敏感，或者如果在检测前的“擦除”，我们仍然可以恢复干扰。来自中国科技大学的赵明和同事于合肥已经开发出巧妙的方法来擦除频率信息，从而从不同颜色和不同颜色的光子通过它们的干扰缠结[1]。

他们的想法的核心如下：将具有略微不同频率的两个偏振编码的光子送入偏振分束器。如果光子难以区分，则输出将被缠结（假设光子从不同的端口留下）。但赵等人的光子。当然可以通过它们的颜色来区分。结果，光束分离器不会以清洁的偏振缠结状态输出光子，而是有时被称为“低置”状态[3]，其中偏振和颜色彼此本质上连接。如果尝试独立地测量颜色或偏振，则剩余状态将最终混合，即，不缠绕。然而，人们可以尝试仔细梳理1度自由，并在另一个程度上保持纠缠。

此技术在非常相似的场景之前应用于我的同事和我的颜色和极化[3]。在此之前的情况下，我们将我们的Hypoentangled状态与关节偏振突起进行，并且输出是一种离散的颜色缠结的双光子状态。在这里，相反，赵等人。删除颜色信息，使最终状态纠缠在极化中。它们通过在分束器的输出处进行高分辨率时间测量来执行此操作。时间与频率相关，并且传入状态中的频率信息也可以被解释为定时信息。如果我们简单地在分束器后面的两个光子的到达时间上造成不分青红皂白地，则将混合剩余状态。然而，作者表明，采摘某个时序组合允许剩余状态保持完整，确实缠绕在极化中。研究人员的定时协议有效地擦除了关于光子的频率区别信息，并允许它们创建纠缠于可以校正的时间依赖性相位因子的最终状态。

一个问题是频率橡皮擦测量光子，因此它们不再可用于评估其极化纠缠。为了解决这个问题，研究人员包括一个纠缠交换协议[4]，将缠结转移到其他两个光子，这可以随后进行评估。具体地，它们的实验从两个泵浦梁的下转换开始，每个泵浦梁各自产生一对具有波长约795纳米的偏振缠结的光子（参见图1）。第一对，标记A和A，与第二对，标记的B和B的不同之处在于40或80兆赫（MHz）的频率，这是光子线宽的8至16倍。该团队将光子A和B发送到分束器中，以产生极化和频率的低通心状态。频率区分信息被分束器的远侧的两个光子探测器擦除。光子到达时间，T1和T2被转发到光学元件，光学元件将时间相关的相移到光子A.结果，如验证的高保真转移A和B之间的偏振缠结，如验证作者的A和B的极化测量。

结果可能对从诸如量子点等复杂的光子源构建可扩展设备的努力感兴趣。量子点可以确定地确定光子，但它们确实受到缺点，即不能完全相同地创建点的缺点，因此产生具有略微不同的光谱特性的光子。确实可以使用时间量子擦除来产生从不同量子点发射的大规模缠结的光子的大规模缠结簇非常令人兴奋。

然而，从这里出发，随着目前的计划在其变得可行之前，目前的计划将面临许多挑战。主要问题是它是否能够以至少1/2的效率缠结光子 - 光子架构的可扩展性所需的拇指规则阈值。另一个问题是光子探测器的有限时间分辨率约束可以在时间分辨的双光子干扰测量中擦除的最大光谱分离。对于最佳可用的传统光子探测器，允许的光谱分离是在MHz的顺序上。因此，人们需要量子点，其在彼此的几MHz中发射光子。当前的点制造开始达到这种精度水平，但工程师可以通过外部调谐，通过温度或电场控制来清除源之间的剩余无区别[5]。这里的研究可能是一个更有趣的场地是它的基本角度，特别是在检测中施加更复杂的时间滤波器的可能性，这可能对量子州工程有用。

图像：APS / ALAN StoneBraker

参考

天明赵，韩张，剑阳，萧江，萧辉·鲍，ent薇平，“通过时间分辨测量和主动饲料缠结不同颜色的光子”，物理。莱特牧师112,103602（2014）.c .c。K. Hong，Z. Y.Ou和L. MEDEL，“通过干扰的两个光子之间的亚倍二十秒钟时间间隔测量”物理“。莱特牧师59,2044（1987）。Ramelow，L. Ratschbacher，A. Fedrizzi，N.K. Langford和A. Zeineer，“离散调节色缠结”的物理。莱特牧师103,253601（2009）.c .c。H. Bennett，G. Brassard，C.Crépeau，R.Jozsa，A. Peres和W.K. Wootters，“通过双重经典和爱因斯坦 - Podolsky-Rosen频道传送未知量子状​​态，”物理。莱特牧师70,1895（1993）.r。B. Patel，A. J. Bennett，I. Farrer，C. A. Nicoll，D. A. Ritchie和A. J. Shields，来自电动远程量子点的发射的双光子干扰“自然光子。4, 632 (2010).