光学量子比特的极化和波状编码之间的纠缠和隐形传送
光是各种量子信息处理和存储设备之间通信不可替代的方式。 由于不同的量子系统适合于不同的任务,因此相干技术和量子信息的无损交换技术对于有效的集成量子信息处理是必不可少的。此,希望开发一种技术来以交换这些自由度上的编码量子信息。用于这种交换的天然媒介是电磁场,它是唯一能够在远距离上承载量子信息的量子系统。幸运的是,电磁场能够通过其自身的离散和连续变量(CV)自由度有效地耦合到类似量子位和类似谐振子的系统。
图1 实验的概念方案。(a)制备空间模A和C (b)进行零差层析(c)处于连续模式的态。(d)在模式B下制备预备光子,其偏振被用作远距传送的源状态。(e)偏振贝尔测量将传送状态传送到模式C。插图显示了模式B和D中同时极化测量的符合率与模式D中的偏振投影角度的函数,偏振器设置在模式B中,以将其投影到水平或对角偏振上。
用于编码光波中的量子信息的最常见的离散变量(DV)方法是双轨量子比特:占据两个正交模式之一的单个光子对应于逻辑0或1。这两种模式可以对应于例如水平偏振|H>和垂直偏振|V>。在CV域中,量子比特可以被编码为相反相位相干场的叠加,|γ>和|-γ>,幅度γ足够高以确保这些状态的足够正交性。不同物理系统的电磁耦合技术中缺失的中心部分是用于电磁量子比特的DV和CV编码之间的互相转换的方法。2014年,两个课题组取得重要突破,它们在CV量子位和“单轨”DV量子位之间构造了纠缠状态,其中逻辑值被编码在某个模式中存在或不存在单个光子。随后,该状态已被用作这些量子比特之间的基本量子隐形传态的来源。然而,在实际的量子光学信息处理中,量子位的单轨编码比双轨编码少得多。这是因为单轨编码使单量子位操作复杂化,并且还增强了与光损耗和低效检测相关的量子位测量误差。最近,来自俄罗斯量子中心的科学家及其合作伙伴生成并表征偏振编码的双轨单光子量子位和相反幅度相干态叠加编码的量子位之间的纠缠态。作者进一步展示了这种状态作为这些编码之间量子信息接口源的应用,此外还特别演示了将偏振量子比特隐形传送到自由传播的连续可变量子比特上。相关内容以《Entanglement and teleportation between polarization and wave-like encodings of an optical qubit》为题,发表在《Nature Communications》杂志上。
图2 从模式B中的极化量子位传送到模式C中的CV量子位的结果。(a)四个输入偏振态的Wigner函数和传送态密度矩阵。(b)基于理论模型计算整个Bloch球体的传送保真度与(a)中的实验结果一致。
本文受译者委托,享有该文的专有出版权,其他出版单位或网站如需转载,请与本站联系,联系email::mail#opticsjournal.net。(为防止垃圾邮件,请将#换为@)否则,本站将保留进一步采取法律手段的权利。