通过受激发射断层扫描测量简并轨道角动量量子比特

《Scientific Reports》：Measurement of degenerate orbital angular momentum qubits by stimulated emission tomography

　　

摘要

由于具有独特的性质，光的轨道角动量引起了科学家的极大兴趣。轨道角动量所呈现的高维希尔伯特空间与纠缠特性，使其成为许多量子光学协议中非常重要的自由度。然而，传统上用于测量轨道角动量状态的基于符合计数法的量子态层析技术存在亮度低的问题，因而需要较长的数据积累时间。这类问题对于高维轨道角动量系统而言更是严重的障碍。在本研究中，我们提出采用受激发射层析技术作为一种高效且亮度更高的方法来测量轨道角动量纠缠光子。实验表明，通过测量螺旋带宽并重建SPDC光子的密度矩阵，SET技术能够成功获取相关信息。重建后的密度矩阵的保真度和线性熵分别约为\(0.91\pm 0.01\)和\(0.12\pm 0.01\)，而每次投影测量所需的时间仅为1秒。我们的研究结果证明了SET技术作为传统量子态层析技术替代方案的巨大潜力。