印度的研究人員表明，當光子從源頭傳播開時，在某個連續變量基礎上的光子糾纏會自行恢復。 這一發現可能對長距離安全傳輸量子信息和湍流介質中的量子成像有用。
物理學家正在廣泛探索光子之間的量子糾纏，通常是為了開髮用於計算、通信、傳感和成像的新量子技術。 一些潛在的應用需要在長距離或通過湍流環境的情況下無損失地發送糾纏光子。 然而，目前在這種情況下保持某些類型的糾纏非常棘手——成功取決於許多因素，包括量子信息如何在光子中編碼。
現在 阿南德賈 和同事 量子光學與糾纏實驗室 在印度理工學院坎普爾，他們通過使用光子的角位置來編碼信息提供了一種可能的解決方案。 他們觀察到，糾纏似乎隨著光子傳播而消失，但隨後又奇怪地重新出現。 他們還表明，即使在光子穿過通常會破壞糾纏的湍流空氣之後，糾纏也會重新出現。 他們描述了他們的研究 科學進展.
光子糾纏
光子具有許多不同的自由度，可用於對量子信息進行編碼。 選擇取決於必須編碼的信息類型。 對於量子位，可以使用光子的偏振或軌道角動量等離散屬性。 但有時，尤其是出於傳感和成像目的，更連續地編碼量子信息會更好。 在此類應用中，探索最多的糾纏屬性（或“基礎”）是由其笛卡爾坐標給出的光子位置。
量子糾纏現象賦予粒子比經典物理學所允許的更緊密的關係，並且與使用哪個特定基礎來編碼量子信息無關。 然而，在實驗中使用或測量糾纏的方式可能與基礎無關。 這適用於糾纏“見證”，這是一個確定係統是否糾纏的數學量。 對於連續基，證人依賴於基，這種依賴意味著某些類型的連續糾纏比其他類型更有用。
對於位置動量基礎，通過目擊者可以看出，隨著光子從其源傳播開，糾纏會很快消失。 為了解決這個問題，科學家們通常對光源本身進行成像，以利用光子之間的糾纏。 路徑中的任何湍流也會迅速破壞糾纏，需要像自適應光學這樣的複雜解決方案來恢復它。 這些額外的校正步驟限制了這些糾纏光子的效用。
Jha 及其同事的這項最新研究探索瞭如何通過使用密切相關的替代基礎——光子的角位置來保持糾纏。
生成、丟失和恢復糾纏
在他們的實驗中，研究人員通過將來自高功率“泵浦”激光器的光發送到非線性晶體中來產生糾纏光子。 在光子能量和動量守恆的條件下，一個泵浦光子將在稱為自發參量下轉換 (SPDC) 的過程中產生兩個糾纏光子。 這兩個光子在它們的所有屬性中都糾纏在一起。 例如，如果在一個位置檢測到一個光子，則會自動確定另一個糾纏光子的位置。 其他量也存在相關性，例如動量、角位置和軌道角動量。
研究人員在沒有採取任何糾正措施的情況下通過目擊者觀察到，光子之間的位置糾纏在傳播約 4 厘米後消失。 另一方面，角位置糾纏發生了一些有趣的事情。 它在傳播約 5 厘米後消失，但在光子又傳播了 20 厘米後，糾纏再次出現（見圖）。 研究人員用數值模型定性地證實了他們的實驗結果。
蒸餾法加強了一對光子中的量子糾纏
當團隊在糾纏光子的路徑上創造一個湍流環境時，觀察到了同樣的趨勢。 這是通過使用吹風加熱器來攪動空氣並改變其折射率來完成的。 在這種情況下，在光傳播了大約 45 厘米的較長距離後，糾纏又恢復了。
目前還不完全清楚是什麼原因導致角位置基礎上的糾纏重新出現。 基礎是特殊的，因為它在一個完整的圓圈後環繞。 根據 Jha 的說法，這是其與眾不同的因素之一。
儘管這項研究證明了在不到一米的距離內的穩健性，但 Jha 和他的同事聲稱，在千米距離內也有可能恢復。 這可以在不破壞糾纏的情況下通過大氣湍流傳輸量子信息。 通過湍流的穩健性還可以允許在模糊生化環境中以最小的入侵或破壞對物體進行量子成像。
