糾纏本身不會糾纏光
據(jù)國外媒體報道，在使糾纏光通過一條2米長的多模光纖之后，娜塔莉亞·赫瑞拉-巴倫西亞和她的同事們成功地將該糾纏光恢復(fù)到原狀。在梅于爾·馬利克的帶領(lǐng)下，愛丁堡赫瑞瓦特大學的研究團隊利用糾纏本身解決了這個難題。參與這項研究的還有格拉斯哥大學的一位研究人員。最近發(fā)表于《自然物理學》上的論文詳細描述了該研究。 ZN',=&;n'
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混沌的光斑：光被諸多如多模光纖之類的復(fù)雜介質(zhì)擾亂后而產(chǎn)生的圖案 y~Sh|2x8v
通過無序（或“復(fù)雜”）介質(zhì)（如大氣霧氣或多模光纖）的光會以已知方式散射。結(jié)果就是，光攜帶的信息雖然能夠得以保留，但會失真。因此，需要額外的步驟來獲取這些信息。當傳輸?shù)氖羌m纏光時，這就變得十分棘手，因為介質(zhì)會擾亂量子相關(guān)性。狀態(tài)被“加擾”，要找回原來的糾纏態(tài)就必須得先“解擾”。 g@KS\.m]
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為理解復(fù)雜介質(zhì)，物理學家使用傳輸矩陣（即一個二維復(fù)數(shù)陣列），來預(yù)測任何物質(zhì)通過介質(zhì)后的結(jié)果。傳輸矩陣理論，再加上技術(shù)中的一些關(guān)鍵發(fā)展，直至最近才使得經(jīng)典光可通過復(fù)雜介質(zhì)傳播。在這項研究中，愛丁堡的研究團隊將傳輸矩陣的概念，拓展應(yīng)用到了量子光學領(lǐng)域。 i{!i %`"
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一種被稱為“信道狀態(tài)對偶性”的屬性讓研究人員得以僅使用一個量子糾纏態(tài)（一對屬性相互關(guān)聯(lián)的光子），作為探針來提取介質(zhì)的完整傳輸矩陣。這與構(gòu)建矩陣的經(jīng)典方式不同。經(jīng)典方式須讓多個光探針穿過介質(zhì)，來獲得完整的矩陣。 cPkN)+K
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當他們知道介質(zhì)如何加擾信息后，赫瑞拉-巴倫西亞和她的同事們就可以使用相同的矩陣來消除介質(zhì)的影響。在這里，糾纏又一次使出了巧妙花招：和解擾通過光纖的光不同，研究人員可以加擾其“糾纏孿子”，從而無需穿過介質(zhì)就可以得到相同的結(jié)果。他們使用名叫“空間光調(diào)制器”（SLM）的設(shè)備對光進行加擾。該設(shè)備可以影響光場分布。 jW"C: {Ol;
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處理更高維度 r68'DJ&m3
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與二維量子位相比，高維度糾纏態(tài)具有更大潛力，因為它們可以攜帶更多信息，對噪聲也具有更強的魯棒性。但是這些狀態(tài)也更容易受到環(huán)境變化的影響。 mvlK ~c8
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該研究通過對空間中六維糾纏態(tài)保留的描述，解決了量子光學中的一個重大難題�！傲孔游患m纏已經(jīng)擁有該技術(shù)，可以處理不受信道影響的自由度（如偏振化）。但是，當涉及到高維度糾纏態(tài)時，空間模式編碼就存在很多問題，”馬利克解釋說。像波前畸變這樣簡單的東西也可能會擾亂信息。 Hq< Vk.Nk
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為創(chuàng)建和測量高維度糾纏態(tài)，物理學家經(jīng)常使用的一個概念叫做空間自由度。在這項研究中，研究小組以空間“像素”為基礎(chǔ)。他們將連續(xù)的位置空間劃分為離散的區(qū)域或像素。這樣一來，如果在一個結(jié)構(gòu)中的第一個像素內(nèi)檢測到光子，那么在另一個結(jié)構(gòu)中的第一個像素內(nèi)也應(yīng)該能檢測到這個光子的糾纏孿子。像素的數(shù)量決定了系統(tǒng)中可能發(fā)生的最大糾纏維度。像素基點在質(zhì)量、速度和維度方面，表現(xiàn)都十分出色。更重要的是因為，空間光調(diào)制器可以實現(xiàn)精確且無損的控制。 I(
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對量子技術(shù)的影響 G}AfCd4
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除了增加糾纏態(tài)的維度和解決長光纖中的色散等問題之外，該研究團隊也在探索，如何將復(fù)雜信道等同于量子態(tài)的想法應(yīng)用于簡化攜帶大量信息量子態(tài)的測量。 0ppZ~}&
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研究團隊還在他們的論文中提到，該技術(shù)甚至可以用于在生物組織等動態(tài)介質(zhì)中傳輸高維度糾纏。糾纏光也可以通過兩個獨立的信道發(fā)送，控制其中任一一個信道都可以影響整個狀態(tài)，當然也就會影響另一個信道。研究人員寫道：“這種功能或許可以在量子網(wǎng)絡(luò)場景下或非侵入性生物成像中發(fā)揮作用。因為在這些情況下，觸達復(fù)雜系統(tǒng)的每一個部分可能不太現(xiàn)實�！� l%rwJLN1
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