量子技术的新基石：量子点和扭曲光

提出了一种利用量子点源设计粒子内和粒子间轨道角动量纠缠态的柔性平台方案。图片来源:Nicolò Spagnolo

一代几乎确定的OAM-based纠缠态为光子之间提供了一座桥梁量子技术的进步。

量子技术的未来取决于对迷人的量子力学概念的开发——比如高维量子态。把这些状态看作是量子信息科学和量子技术的基本成分。为了操纵这些状态，科学家们转向了光，特别是一种叫做轨道角动量(OAM)的特性，它处理的是光在空间中的扭曲和转动。这里有一个问题:以确定性的方式用OAM制造超亮的单光子是一件棘手的事情。

量子点:桥接技术

现在，进入量子点(QDs)，一种具有巨大潜力的微小粒子。来自罗马萨皮恩扎大学、巴黎萨克雷大学和那不勒斯费德里科二世大学的一组研究人员将OAM和量子点的特点结合起来，在两种尖端技术之间架起了一座桥梁。他们的研究结果发表在同行评议的黄金开放获取期刊《高级光子学》上。

提议的协议的概念方案。以几乎确定的方式操纵从量子点源产生的单光子的偏振和OAM，通过q板使两个自由度相互作用产生粒子内纠缠态。在粒子间区，由偏振和OAM组成的混合空间中具有特定状态的两个光子使用分束器进行干涉。对偶合数进行后选择，实现了概率纠缠门。图片来源:Alessia Suprano

创新及应用

那么，创新在哪里?他们建造的这座桥可以灵活地用于两个目的。首先，它可以制造出在oam偏振空间内纠缠的纯单光子，研究人员可以直接对它们进行计数。其次，这个桥也可以制造出在量子世界中紧密相关的光子对。它们是纠缠在一起的，所以即使它们相距很远，每个光子态也不能独立于另一个来描述。这对于量子通信和加密来说是一件大事。

量子纠缠新平台

这个新平台有可能在粒子内部和粒子之间创造混合纠缠态，所有这些都属于高维希尔伯特空间。一方面，该团队已经实现了纯单光子的产生，其量子态在混合oam偏振域内表现出不可分性。通过利用几乎确定的量子源与q板(一种能够根据单光子偏振调整OAM值的设备)相结合，研究人员可以通过单光子计数直接验证这些状态，从而避免了对预告过程的需要并提高了生成速率。

另一方面，该团队还利用单光子的不可区分性概念作为资源，在混合oam偏振空间中产生具有纠缠的单光子对。

罗马萨皮恩扎大学物理系量子信息实验室主任Fabio sciarino教授表示:“提出的灵活方案代表了高维多光子实验的进步，它可以为基础研究和量子光子应用提供一个重要的平台。”

结论:对量子技术的影响

从本质上讲，这项研究标志着在追求先进量子技术方面迈出了重要的一步。就像连接两个大城市一样。这种联系为量子计算、通信等领域开辟了令人兴奋的可能性。所以，请密切关注这一点——这不仅仅是科学;这是未来。

参考文献:Alessia Suprano, Danilo Zia, Mathias Pont, Taira Giordani, Giovanni Rodari, Mauro Valeri, Bruno Piccirillo, Gonzalo Carvacho, Nicolò Spagnolo, Pascale Senellart, Lorenzo Marrucci和Fabio sciarino, 2023年8月30日，《先进光子学》。Doi: 10.1117/1.ap.5.4.046008share tweet reddit email share